تفاعلات كيميائية

1. ‫الرحيم‬ ‫الرحمن‬ ‫هللا‬ ‫بسم‬
‫البحث‬ ‫مشروع‬
(
497
‫فيز‬
)
‫السعودية‬ ‫العربية‬ ‫المملكة‬
‫سعود‬ ‫الملك‬ ‫جامعة‬
‫العلوم‬ ‫كلية‬

2. ‫الــــبـــحـــث‬ ‫عــــــنــــوان‬
‫الــ‬ ‫خواص‬ ‫على‬ ‫األسترنشيوم‬ ‫أكسيد‬ ‫إضافة‬ ‫تأثير‬
(
PTCR
)
‫الهلميوم‬ ‫أكسيد‬ ‫لها‬ ‫المضاف‬ ‫الباريوم‬ ‫تبتانات‬ ‫لمادة‬
‫إشــراف‬
:
‫أ‬
.
‫د‬
.
‫عـيـسـى‬ ‫آل‬ ‫عـلـي‬ ‫مـحـمـد‬
‫الـطـالـب‬ ‫إعــداد‬
:
‫مـحـزري‬ ‫مـحـمـد‬ ‫عـثـمـان‬

3. ‫النقية‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬
•
‫العازلة‬ ‫المواد‬ ‫اهم‬ ‫من‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫مادة‬ ‫تعتبر‬
‫الفيروكهربية‬
‫حوالي‬ ‫لها‬ ‫الفجوة‬ ‫طاقة‬ ‫تبلغ‬ ‫حيث‬
(
3 eV
~
)
‫الغرف‬ ‫درجة‬ ‫عند‬ ‫النوعية‬ ‫مقاومتها‬ ‫وتتراوح‬
‫ة‬
‫بين‬
(
1012W.cm – 109W.cm
)
‫تستخدم‬ ‫حيث‬
‫عادي‬ ‫مكثف‬ ‫سواء‬ ‫كمكثف‬ ‫عديدة‬ ‫صناعية‬ ‫تطبيقات‬ ‫في‬
‫او‬
‫الطبقات‬ ‫متعدد‬
‫و‬ ‫العزل‬ ‫ثابت‬ ‫قيمة‬ ‫كبر‬ ‫بسبب‬ ‫وذلك‬
‫انخفاض‬
‫العزل‬ ‫في‬ ‫الفقد‬ ‫قيمة‬
.
‫مقدمـة‬

4. ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫مع‬ ‫النسبية‬ ‫تغيرالسماحية‬
•
‫ال‬ ‫هذا‬ ‫فان‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫مع‬ ‫النسبية‬ ‫السماحية‬ ‫لتغير‬ ‫نتيجة‬
‫سلوك‬
‫أو‬ ‫الباريوم‬ ‫محل‬ ‫تحل‬ ‫مواد‬ ‫الى‬ ‫العلماء‬ ‫فلجأ‬ ‫فيه‬ ‫مرغوب‬ ‫غير‬
‫األتـي‬ ‫مراعاة‬ ‫مع‬ ‫الوضع‬ ‫لتحسين‬ ‫التيتانيوم‬
.1
‫المضافة‬ ‫للذرة‬ ‫األيوني‬ ‫القطر‬ ‫نصف‬
.
.2
‫التكافؤ‬
.
•
‫ويبين‬
‫الشكل‬
‫التالي‬
(
1
)
‫تغير‬
‫السماحية‬
(
εr
)
‫مع‬
‫درجة‬
‫الحرارة‬
‫لتتيانات‬
‫الباريوم‬
‫ويوضح‬
‫الصفات‬
‫الكهربائية‬
‫والتركيب‬
‫البللوري‬
‫على‬
‫جان‬
‫بي‬
‫درجة‬
‫كيوري‬
(
Tc
)
.

6. ‫موص‬ ‫شبة‬ ‫مادة‬ ‫الى‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫مادة‬ ‫تحول‬
‫لة‬
‫السالب‬ ‫النوع‬ ‫من‬
(
(n-Type

‫اضاف‬ ‫عند‬ ‫موصلة‬ ‫شبة‬ ‫مادة‬ ‫الى‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫مادة‬ ‫تتحول‬
‫ة‬
‫الباريوم‬ ‫مادة‬ ‫محل‬ ‫لتحل‬ ‫ثالثي‬ ‫تكافؤ‬ ‫ذات‬ ‫شائبة‬ ‫مواد‬
Ba+2
‫ذات‬
‫مادة‬ ‫محل‬ ‫لتحل‬ ‫خماسي‬ ‫تكافؤ‬ ‫ذات‬ ‫أومواد‬ ‫الثنائي‬ ‫التكافؤ‬
‫الرباعي‬ ‫التكافؤ‬ ‫ذات‬ ‫التيتانيوم‬
Ti+4
‫إلكترونات‬ ‫ذلك‬ ‫من‬ ‫فينتج‬
‫الن‬ ‫من‬ ‫موصلة‬ ‫شبة‬ ‫الياريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫مادة‬ ‫وتصبح‬ ‫إضافية‬
‫وع‬
‫السالب‬
(n-Type)

‫ب‬ ‫السالب‬ ‫النوع‬ ‫من‬ ‫موصلة‬ ‫الشبه‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫مادة‬ ‫وتتميز‬
‫زيادة‬
‫كبيرة‬ ‫زيادة‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫مع‬ ‫المقاومة‬
(
‫كيوري‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫بعد‬
)
‫الموجب‬ ‫الحراري‬ ‫المقاومة‬ ‫بمعامل‬ ‫الظاهرة‬ ‫هذه‬ ‫وتعرف‬
.(PTCR)
positive Temperature coefficient Resistivity

7. ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫لمادة‬ ‫الكهربية‬ ‫الخواص‬ ‫تعتمد‬ ‫كذلك‬
(BaTiO3)
‫النقية‬
‫المكثف‬ ‫قطبي‬ ‫مادة‬ ‫وتالمس‬ ‫الحبيبة‬ ‫وحدود‬ ‫الحبيبة‬ ‫مقاومة‬ ‫على‬ ‫المشابة‬ ‫أو‬
.
‫للممانعة‬ ‫الحقيقي‬ ‫الجزء‬ ‫وبرسم‬
Z1
‫التخيلي‬ ‫والجزء‬
Z2
‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫قراءاة‬ ‫عند‬
‫دائرية‬ ‫نصف‬ ‫أقواس‬ ‫ثالثة‬ ‫على‬ ‫الحصول‬ ‫يمكن‬ ‫السعة‬ ‫و‬ ‫والمقاومة‬ ‫التردد‬
.
‫الث‬ ‫أما‬ ‫الحبيبة‬ ‫حدود‬ ‫الثاني‬ ‫القوس‬ ‫ويمثل‬ ‫التالمس‬ ‫األول‬ ‫القوس‬ ‫يمثل‬ ‫حيث‬
‫الث‬
‫الشكل‬ ‫ويوضح‬ ‫الحبيبة‬ ‫فيمثل‬
(
2
-
3
)
‫الثالثة‬ ‫االقواس‬ ‫التالي‬
.
‫حساب‬ ‫ويمكن‬
Z1
‫و‬
Z2
‫التالية‬ ‫المعادالت‬ ‫من‬
:
Z1= Rp / 1 + (wCpRp)2
Z2=wCpRp
2/1+(wCpRp)2

8. ‫التالمس‬ ‫مقامة‬ ‫تمثل‬ ‫التي‬ ‫القوسين‬ ‫من‬ ‫التخلص‬ ‫ويتم‬
‫مع‬
‫االقرا‬ ‫طالء‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫وذلك‬ ‫الحبيبة‬ ‫ومقاومة‬ ‫االلكترود‬
‫ص‬
(
‫العينة‬
)
‫جاليوم‬ ‫االنديوم‬ ‫بمادة‬
Ga_In
‫و‬
‫رسم‬ ‫عند‬
Z1
‫مع‬
Z2
‫الحبيبة‬ ‫مقاومة‬ ‫نهايتيه‬ ‫تمثل‬ ‫قوس‬ ‫على‬ ‫نحصل‬
Rg
‫الحبيبة‬ ‫حدود‬ ‫ومقاومة‬
Rg+R
‫الشكل‬ ‫ذلك‬ ‫ويوضح‬
(
2
-
5
:)

9. •
‫يتم‬
‫قياس‬
‫أشعة‬
‫أكس‬
‫للحيود‬
‫وحساب‬
‫ثوابت‬
‫الشب‬
‫كة‬
(
c,a
)
‫وحسبت‬
‫قيمتهما‬
‫من‬
‫المعادلة‬
‫التالية‬
:
= +
1
d2
h2 + k2
a2
L2
c2

10. ‫العملي‬ ‫النهج‬
(
‫القياسات‬ ‫وعمل‬ ‫العينات‬ ‫تحضير‬
)
‫المستخدمة‬ ‫واألجهزة‬ ‫األدوات‬
:
‫الصغيرة‬ ‫الكرات‬ ‫بعض‬
-
‫الزركونيوم‬ ‫من‬ ‫مصنوع‬ ‫وعاء‬
-
‫ومدقة‬ ‫هاون‬
‫وملعقة‬
–
‫الخزف‬ ‫من‬ ‫مصنوع‬ ‫وعاء‬
‫لذلك‬ ‫المستخدمه‬ ‫واألجهزة‬ ‫العينات‬ ‫تحضير‬
:
‫تتكون‬
‫المواد‬
‫األساسية‬
‫في‬
‫المستخدمة‬
‫من‬
‫كربونات‬
‫الباريوم‬
(
BaCO3
)
‫وثاني‬
‫أكسيد‬
‫التيتانيوم‬
(
TiO2
)
‫وأضيف‬
‫الهلميوم‬
(
HO2O3
)
‫بنسبة‬
(
4%
)
‫وأضيفت‬
‫المواد‬
‫المساعدة‬
AST
‫بنسبة‬
(
12%
)
‫وتم‬
‫تحضير‬
10gm
‫من‬
‫مجموع‬
‫الوزن‬
‫الذري‬
‫للمواد‬

11. ‫حساس‬ ‫بميزان‬ ‫العينات‬ ‫وزن‬ ‫يتم‬
‫شركة‬ ‫من‬ ‫مصنوع‬
Sartorius
‫الشكل‬
(
1
)
‫المقابل‬
‫المطلوبة‬ ‫الكميات‬ ‫وزن‬ ‫يتم‬ ‫حيث‬
‫الجرام‬ ‫بوحدة‬
‫ثم‬
‫خلطت‬
‫الكميات‬
‫الموزونة‬
‫في‬
‫وع‬
‫اء‬
‫من‬
‫الزركوينوم‬
‫به‬
40
‫كرة‬
‫من‬
‫الزركونيوم‬
‫وغمرت‬
‫بالكحول‬
‫النقي‬
‫وتم‬
‫خلطها‬
‫بجهاز‬
‫الخلط‬
‫ذي‬
‫الحركة‬
‫الكوكبية‬
‫شكل‬
(
2
)
.

12. ‫وعاء‬ ‫في‬ ‫المخلوط‬ ‫جفف‬ ‫ذلك‬ ‫بعد‬
‫حراري‬ ‫فرن‬ ‫في‬ ‫ووضع‬ ‫الخزف‬ ‫من‬
‫شكل‬ ‫يجف‬ ‫حتى‬
(
3
.)
‫تحت‬ ‫االقراص‬ ‫كبس‬ ‫عملية‬ ‫تتم‬
‫ضغط‬
(
1 ton
)
‫عشرة‬ ‫لمدة‬
‫المعادلة‬ ‫من‬ ‫الضغط‬ ‫وحسب‬ ‫ثواني‬
:
Pa=F/S (N/m2)
‫حيث‬
:
F
‫و‬ ‫القوة‬
S
‫المساحة‬
‫خاص‬ ‫مكبس‬ ‫في‬ ‫الكبس‬ ‫ويتم‬
‫الشكل‬ ‫في‬ ‫موضح‬
(
4
)

13. ‫در‬ ‫عند‬ ‫العينات‬ ‫تلبيد‬ ‫يتم‬
‫جة‬
‫حرارة‬
1250
‫مؤية‬ ‫درجة‬
‫الفرن‬ ‫بأستخدام‬ ‫وذلك‬
‫الشكل‬ ‫المخبري‬ ‫الحراري‬
(
5
)
‫المقابل‬
‫الحجمي‬ ‫الكثافة‬ ‫وقياس‬ ‫للعينة‬ ‫والطالء‬ ‫التلميع‬ ‫ذلك‬ ‫بعد‬ ‫يم‬ ‫ثم‬
‫باستخدام‬ ‫ة‬
‫المعادلة‬
:
r=m/V (Kg/m3)

14. ‫التحضير‬ ‫لعملية‬ ‫توضيحي‬ ‫مخطط‬
‫ألولية‬ ‫ا‬ ‫المواد‬ ‫خلط‬
‫األولى‬ ‫الحرارية‬ ‫المعالجة‬
‫إضافه‬ ‫ثم‬ ‫التجفيف‬
PVA
‫األقراص‬ ‫كبس‬
(
1ton
)
‫الثانية‬ ‫الحرارية‬ ‫المعالجة‬
‫التلميــع‬
‫الطـالء‬

15. ‫والحسابات‬ ‫النتائج‬
‫متردد‬ ‫جهد‬ ‫عند‬ ‫القياس‬
:
‫الت‬ ‫ثبوت‬ ‫عند‬ ‫العزل‬ ‫في‬ ‫والفقد‬ ‫والمقاومة‬ ‫المكثف‬ ‫سعة‬ ‫قياس‬ ‫تم‬ ‫القنطرة‬ ‫باستخدام‬
‫والجهد‬ ‫ردد‬
‫المكثف‬ ‫سعة‬ ‫وتقاس‬ ‫الحرارة‬ ‫درجة‬ ‫وتغير‬
Cp
‫والمقاومة‬
Rp
‫العزل‬ ‫في‬ ‫الفقد‬ ‫وكذلك‬
tand
‫و‬
‫العينة‬ ‫أبعاد‬
(
r
‫و‬ ‫القطر‬ ‫نصف‬
d
‫العينة‬ ‫سمك‬
)
‫وحسبت‬
‫النسبية‬ ‫السماحية‬
‫و‬
‫مختلف‬ ‫ترددات‬ ‫عند‬ ‫العزل‬ ‫في‬ ‫والفقد‬ ‫النوعية‬ ‫المقاومة‬
‫ة‬
(2oHz – 3Mhz)
‫مختلفة‬ ‫حرارة‬ ‫درجات‬ ‫وعند‬
.
‫التالي‬ ‫المعادالت‬ ‫لذلك‬ ‫استخدمنا‬ ‫حيث‬
‫ة‬
:
e=Cp/Co r=RpS/d w=2pf S=pr2 C
o
= eo
S /d
‫الحقيقي‬ ‫الجزء‬ ‫وبمعرفة‬
z1
‫التخيلي‬ ‫والجزء‬
z2
‫المركبةعند‬ ‫الممانعة‬ ‫بدراسة‬ ‫قمنا‬
‫مختلفة‬ ‫ترددات‬
.
‫مستمر‬ ‫جهد‬ ‫عند‬ ‫القياس‬
:
‫النسبي‬ ‫السماحية‬ ‫بدراسة‬ ‫قمنا‬ ‫كذلك‬
‫ة‬
‫مستمر‬ ‫جهد‬ ‫عند‬ ‫النوعية‬ ‫والمقاومة‬
‫القياسات‬ ‫في‬ ‫المستخدم‬ ‫الجهاز‬

16. ‫النتائج‬
•
‫تتغير‬
‫المقاومة‬
‫النوعية‬
‫في‬
‫المدى‬
‫بين‬
‫درجة‬
‫حرارة‬
‫الغ‬
‫رفة‬
‫ودرجة‬
‫حرارة‬
‫كيوري‬
‫حتى‬
‫تصل‬
‫إلى‬
‫أعلى‬
‫قيمة‬
‫عند‬
‫درج‬
‫ة‬
‫حرارة‬
263
‫درجة‬
‫مئوية‬
.
•
‫تبين‬
‫أن‬
‫سلوك‬
‫السماحية‬
‫النسبية‬
‫للمادة‬
‫المشابه‬
‫مع‬
‫درجة‬
‫الح‬
‫رارة‬
‫يماثل‬
‫سلوك‬
‫مادة‬
(
BaTiO3
)
‫النقية‬
‫حيث‬
‫تصل‬
‫إلى‬
‫أعلى‬
‫قيمة‬
‫عن‬
‫د‬
‫درجة‬
‫كيوري‬
‫ثم‬
‫تقل‬
‫بعد‬
‫ذلك‬
.
•
‫الشائب‬ ‫المادة‬ ‫نسبة‬ ‫زيادة‬ ‫مع‬ ‫تدريجيا‬ ‫كيوري‬ ‫حرارة‬ ‫درجة‬ ‫تقل‬
‫ة‬
•
‫وتبين‬
‫أن‬
‫الفقد‬
‫في‬
‫العزل‬
‫يقل‬
‫مع‬
‫زيادة‬
‫درجة‬
‫الحرارة‬
•
‫تزداد‬
‫المقاومة‬
‫مع‬
‫زيادة‬
‫درجة‬
‫الحرارة‬

17. Sr ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫وتراكيز‬ ‫متردد‬ ‫تيار‬ ‫عند‬ T ‫و‬ r ‫بين‬ ‫العالقة‬
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
800.00
0 50 100 150 200 250 300 350
T(Co
)
r
ac
(
W.
m)
0
0.1
0.2
0.25
‫شكل‬
(
1
-
3
)
‫عينات‬ ‫في‬ ‫الحرارة‬ ‫ودرجة‬ ‫النوعية‬ ‫المقاومة‬ ‫بين‬ ‫العالقة‬
‫موصلة‬ ‫الشبه‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬

18. Sr ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ e ‫و‬ T ‫بين‬ ‫العالقة‬
0.00E+00
1.00E+13
2.00E+13
3.00E+13
4.00E+13
5.00E+13
6.00E+13
7.00E+13
8.00E+13
0 50 100 150 200 250 300 350
T(Co
)
e
r
0.1
0.2
0.25
‫شكل‬
(
1
-
3
)
‫عين‬ ‫في‬ ‫الحرارة‬ ‫ودرجة‬ ‫النسبية‬ ‫السماحية‬ ‫بين‬ ‫العالقة‬
‫ات‬
‫األست‬ ‫لمادة‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ ‫موصلة‬ ‫الشبه‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬
‫رنشيوم‬

19. Sr ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ Ln w ‫و‬ tand ‫بين‬ ‫العالقة‬
0
5000
10000
15000
20000
25000
-3 2 7 12 17 22
Ln w
tan
d
0
0.1
0.2
0.25
‫شكل‬
(
2
-
3
)
‫البار‬ ‫تيتانات‬ ‫عينات‬ ‫في‬ ‫والتردد‬ ‫العزل‬ ‫في‬ ‫الفقد‬ ‫بين‬ ‫العالقة‬
‫الشبه‬ ‫يوم‬
‫األسترنشيوم‬ ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ ‫موصلة‬

20. Sr ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ Ln w ‫و‬ r ‫بين‬ ‫العالقة‬
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Ln w
r
(W.
m)
0
0.1
0.2
0.25
‫شكل‬
(
3
-
3
)
‫ا‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫عينات‬ ‫في‬ ‫والتردد‬ ‫النوعية‬ ‫المقاومة‬ ‫بين‬ ‫العالقة‬
‫لشبه‬
‫األسترنشيوم‬ ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ ‫موصلة‬

21. Sr ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ Ln w ‫و‬ e ‫بين‬ ‫العالقة‬
0.000E+00
2.000E+04
4.000E+04
6.000E+04
8.000E+04
1.000E+05
1.200E+05
1.400E+05
1.600E+05
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
er
Ln
w
0
0.1
0.2
0.25
‫شكل‬
(
4
-
3
)
‫تيت‬ ‫عينات‬ ‫في‬ ‫والتردد‬ ‫النسبية‬ ‫السماحية‬ ‫بين‬ ‫العالقة‬
‫انات‬
‫األسترنشيوم‬ ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ ‫موصلة‬ ‫الشبه‬ ‫الباريوم‬

22. Sr ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬ Z2 ‫و‬ Z1 ‫بين‬ ‫العالقة‬
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 110.000 120.000 130.000
Z1
Z
2
0
0.1
0.2
0.25
‫شكل‬
(
1
-
3
)
‫بين‬ ‫العالقة‬
Z1
‫و‬
Z2
‫موصلة‬ ‫الشبه‬ ‫الباريوم‬ ‫تيتانات‬ ‫عينات‬ ‫في‬
‫األسترنشيوم‬ ‫من‬ ‫مختلفة‬ ‫تراكيز‬ ‫عند‬

23. ‫بالمج‬ ‫العينات‬ ‫تصوير‬ ‫طريق‬ ‫عن‬ ‫لها‬ ‫توصلنا‬ ‫التي‬ ‫النتائج‬ ‫ومن‬
‫هر‬
SEM
‫االسترنشيوم‬ ‫تركيز‬ ‫بزياد‬ ‫تقل‬ ‫الحبيبات‬ ‫حجم‬ ‫أن‬
(
‫تغي‬
‫القطر‬ ‫ر‬
‫األيوني‬ ‫القطر‬
)