LASER-INDUCED SHOCK WAVE CRYSTALLIZATION OF NITRATE SALTS

LASER-INDUCED SHOCK WAVE CRYSTALLIZATION OF NITRATE SALTS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Master Thesis)
MS_Thesis_201706810.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 20 July 2021.

Download (4MB)

Arabic Abstract

على الرغم من طبيعتها البدائية والأساسية على ما يبدو ، فإن عملية التنوي ونمو البلورات في الحلول المشبعة ليست مفهومة جيدًا. لاحظ العلماء عمليات بلورة ومخرجات مختلفة حتى في ظل نفس الظروف التجريبية. يمكن أن تتكون البلورات بشكل تقليدي على مدى فترة طويلة من الزمن إذا تم الاحتفاظ بمحلول مشبع في حالة راحة مما يؤدي إلى توزيع واسع لشكل وحجم بلورات الإخراج. بالمقابل ، يمكن أن يحدث التبلور المحرض في المحاليل خلال إطار زمني أقصر بكثير ويتم تشغيله بواسطة عامل خارجي مع توزيع أكثر وضوحًا لشكل وحجم البلورات المنتجة. في هذا العمل ، وبدافع من السعي لفهم التبلور بشكل أفضل ، تم تطوير إعداد تجريبي للحث على تبلور نظام قائم على الليزر النانوثانية النابضة لبلورة بلورات صغيرة من أملاح النترات من خلال تركيز شعاع الليزر على حلول أملاح النترات المشبعة. الحلول المستخدمة في هذه الدراسة هي نترات البوتاسيوم (KNO3) ونترات الصوديوم (NaNO3) ونترات الكالسيوم (Ca (NO3) 2). تعتمد آلية التبلور المستحثة بالليزر على توليد موجات صدمة إما عن طريق ضرب نبضات الليزر مباشرة في المحلول أو بشكل غير مباشر عن طريق توجيه نبضات الليزر لضرب جسم معدني صغير لتوليد موجات صدمة دون أي تدخل كيميائي ضوئي. تميزت البلورات الصغيرة الناتجة باستخدام تقنيات مختلفة وهي: المجهر الضوئي المستقطب (PLM) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). أخيرًا ، ومن أجل مراقبة التبلور في الوقت الفعلي ، تم تعديل الإعداد التجريبي من خلال تضمين محول طاقة بالموجات فوق الصوتية ومقياس موصلية كهربائية. تم استخدام محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية لقياس سرعة الموجة الصوتية المنتشرة في الحل على وضعين مختلفين ؛ وضع المرسل والمستقبل ووضع المتلقي. من خلال تغيير تركيزات عينات النترات ودرجة الحرارة أثناء قياس سرعة الصوت والتوصيل الكهربائي ، كان تركيز المحاليل ودرجة الحرارة مرتبطين بسرعة الصوت ووقت التنوي وتم تحديد المعلمات المصاحبة لجميع النترات الثلاثة.

English Abstract

Despite its seemingly primitive and fundamental nature, the process of nucleation and crystals growth in saturated solutions is not well-understood. Scientists have observed different crystallization processes and outputs even under the same experimental conditions. Crystals can form conventionally over extended period of time if a saturated solution is kept at rest leading to a wide distribution of output crystals shape and size. Correspondingly, induced crystallization in solutions can occur over much shorter time frame and is triggered by an external agent with much sharper distribution of yielded crystals shape and size. In this work, and motivated by the quest to have better understanding of crystallization, an experimental setup is developed to induce crystallization by focusing a pulsed nanosecond laser beam into saturated aqueous nitrate salts solutions. The solutions used in this study are potassium nitrate (KNO3), sodium nitrate (NaNO3) and calcium nitrate (Ca(NO3)2). The laser-induced crystallization mechanism is based on the generation of shock waves by either direct hit of laser pulses into the solution or indirectly by aligning the laser pulses to hit a thin metallic object floating on the surface of the solution to generate shock waves without any photochemical intervention. The yielded small crystals were characterized using microscopy techniques, namely, Polarized Light Microscope (PLM) and Scanning Electron Microscope (SEM). Lastly, and in order to have real time monitoring of crystallization, the experimental setup was modified by incorporating an ultrasonic transducer and an electrical conductivity meter. The ultrasonic transducer was employed to measure speed of sound wave propagated in the solution. By varying the nitrates samples concentrations and temperature while measuring speed of sound and electric conductivity, the solutions concentration and temperature were correlated with speed of sound and nucleation time and the associated parameters were determined for all three nitrates.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Physics
Divisions: College Of Sciences > Physics Dept
Committee Advisor: Al-Basheer, Watheq
Committee Members: Al-Jalal, Abdulaziz and Ziq, Khalil
Depositing User: YUSRON DAROJAT (g201706810)
Date Deposited: 21 Jul 2020 13:24
Last Modified: 21 Jul 2020 13:24
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141672