فهرست مطالب

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال سی و ششم شماره 4 (زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/12/15
  • تعداد عناوین: 8
|
  • حامد رشتچی*، مرتضی شمعانیان اصفهانی، کیوان رئیسی صفحات 1-20
    صفحات دوقطبی فولاد زنگ نزن گزینه ای مناسب جهت به کارگیری در پیل سوختی پلیمری هستند، لیکن با توجه به دمای کاری 80 درجه سانتی گراد و محیط اسیدی و خورنده پیل سوختی پلیمری، برای افزایش پایداری و عمر مفید صفحات دوقطبی فلزی نیاز است تا سطح آنها با اعمال پوشش های هادی الکتریسیته و مقاوم به خوردگی محافظت شود. در این پژوهش، با اعمال پوشش هایNi–Mo و Ni–Mo–P به روش رسوب دهی الکتریکی بر صفحه دوقطبی فولاد زنگ نزن L 316، مقاومت به خوردگی بهبود و تشکیل لایه های اکسیدی روی سطح زیرلایه که عامل افزایش مقاومت الکتریکی است، کاهش یافته و عملکرد صفحات دوقطبی پیل بهبود یافت. بررسی های انجام شده شامل مطالعات ریزساختاری و فازی برای بررسی ترکیب پوشش های اعمالی، آزمون ولتامتری سیکلی جهت بررسی رفتار الکتروشیمیایی، آزمون ترشوندگی سطح پوشش ها جهت تعیین میزان آبگریزی، آزمون مقاومت تماسی برای تعیین مقاومت الکتریکی پوشش و آزمون پلاریزاسیون پیل سوختی جهت بررسی عملکرد صفحات دوقطبی در شرایط کاری در یک سلول پیل سوختی است. درنهایت نتایج نشان دادند که پوشش های فوق به طور موثری خوردگی و مقاومت الکتریکی تماسی فولاد زنگ نزن را کاهش دادند.
    کلیدواژگان: پیل سوختی پلیمری، صفحه دوقطبی، پوشش نیکل- مولیبدن، رسوب دهی الکتریکی، ترشوندگی، آزمون پلاریزاسیون
  • فاطمه زهرا اکبرزاده، محمد رجبی* صفحات 31-43
    در این تحقیق، ماده کامپوزیتی با ترکیب هیدرید منیزیم- 10 درصد وزنی (25 سریم- 75 نیکل) با آسیاکاری پودر هیدرید منیزیم و آلیاژ سریم- نیکل که به روش ذوب مجدد قوسی تحت خلاء تولید شده است، تهیه شد. اثر زمان آسیا و افزودنی بر ساختار هیدرید منیزیم شامل اندازه کریستالیت، کرنش شبکه و اندازه ذره و همچنین خواص واجذب هیدروژن کامپوزیت های حاصل ارزیابی شد و با هیدرید منیزیم خالص آسیاکاری شده مقایسه شد. نشان داده شد که افزودن آلیاژ 25 سریم- 75 نیکل به هیدرید منیزیم منجر به اندازه ذره کوچک تر می شود. به عنوان یک نتیجه، دمای واجذب هیدرید منیزیم فعال شده مکانیکی، از 340 به 280 درجه سانتی گراد برای کامپوزیت یک (پنج ساعت آلیاژسازی مکانیکی) و به 290 درجه سانتی گراد برای کامپوزیت دو (15 ساعت آلیاژسازی مکانیکی) کاهش یافته است. بهبود بیشتر در دمای واجذب کامپوزیت یک می تواند مربوط به اندازه ذرات ریز تر و مقدار بیشتر فاز Mg2NiH4 مرتبط باشد که با نتایج آنتالپی محاسبه شده مطابقت دارد.
    کلیدواژگان: هیدرید منیزیم، آلیاژ سریم- نیکل، دمای واجذب هیدروژن، آلیاژسازی مکانیکی
  • مرجان میرحاج، محبوبه محمودی *، علی شیبانی صفحات 45-57
    در این تحقیق، داربست کراتین/ پلی کاپرولاکتون/ هیدروکسی آپاتیت HA)) با روش الکتروریسی ساخته شد. سپس تاثیر نانوذرات HAبر خواص داربست B (کراتین33 درصد، پلی کاپرولاکتون50 درصد و هیدروکسی آپاتیت17 درصد) و داربست A (کراتین 40 درصد و پلی کاپرولاکتون 60 درصد) مورد بررسی قرار گرفت. مورفولوژی سطح، گروه های عاملی موجود بر سطح نمونه، درصد تخلخل و سطح ویژه داربست ها به ترتیب با میکروسکوپی الکترونی روبشی، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، روش جابه جایی مایع و آزمون BET ارزیابی شد. متوسط قطر الیاف در نمونه Aو B به ترتیب 184 و 108 نانومتر محاسبه شد. همچنین، نتایج آزمون ها حاکی از افزایش سطح ویژه داربست حاوی نانوذرات HA نسبت به داربست بدون نانوذرات HA تا تقریبا به میزان دو برابر بودند. با بررسی رفتار زیست تخریب پذیری داربست ها در محلول بافر فسفات، افزایش میزان کاهش وزن در داربست B مشاهده شد. درصد زنده مانی و چسبندگی سلول های استخوانی رده سلولی 2 Saos- بر سطح داربست ها با روش MTT بررسی شد و افزایش رشد سلول ها بر سطح داربست PCl/Kr حاوی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت مشاهده شد. بنابراین، داربست حاوی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت می تواند گزینه مناسبی برای کاربرد درمهندسی بافت باشد.
    کلیدواژگان: کراتین، هیدروکسی آپاتیت، الکتروریسی، نانوالیاف، مهندسی بافت
  • المیرا ولایی، رضا نوروزبیگی * صفحات 69-88
    در این تحقیق، سطح فوق آبگریز ZnO به روش رسوب دهی حمام شیمیایی بر توری از جنس فولاد زنگ نزن به صورت تک مرحله ای و بدون اصلاح سطح تهیه شده و تاثیر اضافه کردن پلی اتیلن گلایکول به عنوان افزودنی آلی و همچنین نوع ماده بازی بر مورفولوژی و به تبع آن خواص ترشوندگی سطح مورد بررسی قرار گرفته است. برای ارزیابی نمونه سنتز شده از آنالیزهای پراش سنج پرتو ایکس، زبری سنج سوزنی، تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی، طیف سنجی مادون قرمز و میکرو رامان استفاده شد. مطالعه میکروساختار نمونه های ساخته شده نشان داد که اضافه کردن پلی اتیلن گلایکول منجر به تشکیل لایه یکنواخت و متراکم از میله های ZnO شاخه دار با متوسط طول 5/1 میکرومتر و قطر 95 نانومتر بر سطح زیرلایه شده است. بررسی نتایج ترشوندگی سطح تایید کرد نمونه ساخته شده با هگزامتیلن تترامین و در حضور 05/0 میلی مولار پلی اتیلن گلایکول با ساختار میکرو- نانو درختسان شاخه دار با زاویه تماس 5/5±2/158 درجه و پسماند زاویه تماس 5/3 درجه بهترین رفتار فوق آبگریزی را داشته است. سطوح تهیه شده همچنین از پایداری شیمیایی بسیار خوب در محدوده pH، چهار تا هشت برخوردار هستند.
    کلیدواژگان: روش رسوب دهی حمام شیمیایی، سطح فوق آبگریز، پلی اتیلن گلایکول، زاویه تماس استاتیک، پایداری شیمیایی
  • محمدحسن بخشی، علیرضا ذاکری * صفحات 89-103
    الکترووینینگ یکی از روش های بازیابی نیکل از محلول های حاصل از فروشویی ماده اولیه نیکل دار است. در فرایند صنعتی، غلظت نیکل در الکترولیت به طور معمول بالاتر از 80 گرم بر لیتر است. این در حالی است که عیار بیشتر محلول های حاصل از فرآوری مواد ثانویه نیکل دار بسیار کمتر است و این موضوع، الکترووینینگ چنین محلول هایی را با دشواری رو به رو می سازد. در پژوهش حاضر، الکترووینینگ نیکل از محلول سولفاتی حاوی 30 گرم بر لیتر نیکل با انتخاب سه متغیر چگالی جریان، دما و غلظت اسید بوریک مورد آزمایش قرار گرفته و تاثیر این سه عامل بر دو ویژگی بازده جریان و کیفیت محصول کاتدی با به کارگیری روش طراحی آزمایش تعیین شده است. از تجزیه و تحلیل آماری نتایج عوامل معنی دار مورد شناسایی قرار گرفت و مدل مناسب برای هر کدام از متغیرهای پاسخ به دست آمد. نتایج تحقیق، اثر متقابل دما- غلظت اسید بوریک و چگالی جریان- غلظت اسید بوریک را به صورت تاثیرات منفی آشکار کرد، به این معنی که بالا بردن دما و چگالی جریان تنها در غلظت های پایین اسید بوریک به بهبود بازده جریان و کیفیت رسوب منجر می شود. درنهایت، از بهینه سازی هم زمان دو پاسخ به کمک نمودار خطوط هم تراز بر هم نهاده، شرایط بهینه برای دستیابی به بازده جریان بالاتر از 95 درصد و رسوب یکنواخت و ورقه ای به صورت چگالی جریان 5/2-2 آمپر بر دسی مترمربع، دمای 25-30 درجه سانتی گراد، و غلظت اسید بوریک 10 گرم بر لیتر تعیین شد.
    کلیدواژگان: الکترووینینگ نیکل، بازده جریان، کیفیت رسوب، طرح مرکب مرکزی، بهینه سازی چندگانه، نمودار خطوط هم تراز بر هم نهاده
  • محمدرضا پاک منش*، مرتضی شمعانیان، سعید اصغری صفحات 105-116
    در این تحقیق، بهینه سازی پارامترهای جوشکاری لیزر ضربانی Nd:YAG بر اتصال لبه روی هم فویل فولاد زنگ نزن L316 با هدف پیش بینی هندسه جوش توسط روش رویه پاسخ انجام شد. بدین منظور اثر توان لیزر، مدت ضربان و فرکانس جوشکاری مورد بررسی قرار گرفت. روش آماری مذکور به خوبی توانست با توسعه چندجمله ای درجه دوم به منظور تاثیر پارامترهای جوشکاری بر عرض جوش به کار برده شود. نتایج نشان داد، عرض جوش در سطوح بالایی، میانی و پایینی مقطع جوش با افزایش مدت ضربان و توان لیزر زیاد می شود اما میزان اثر این پارامترها در سطوح مذکور متفاوت است. اثر مدت ضربان در مدل های عرض بالایی، میانی و پایینی جوش به ترتیب 76، 73 و 68 درصد محاسبه شد و اثر توان لیزر بر آنها به ترتیب 18، 24 و 28 درصد اندازه گیری شد. درنهایت با بر هم نهادن این مدل ها، شرایط بهینه جوشکاری جهت دستیابی به نفوذ کامل جوش و جوش بدون عیب ارائه شد.
    کلیدواژگان: جوشکاری لیزر ضربانی، هندسه جوش، روش رویه پاسخ، صفحات دوقطبی، پیل سوختی
  • داود حق شناس*، امیرمصطفی امیرجانی صفحات 117-126
    در این پژوهش، نانوذرات و نانوساختارهای تک بعدی از نقره و آلیاژ نقره- مس به روش پلی ال سنتز شدند. برای سنتز نانوساختارهای گوناگون با استفاده از یک فرایند سنتز معین، شرایط سینتیکی و ترمودینامیکی حاکم بر سیستم مورد تغییر قرار داده شد به طوری که از دیدگاه ترمودینامیکی نانوساختاری با حداقل انرژی سطحی به دست آمد و از سوی دیگر، از دیدگاه سینتیکی محصولی با کمترین سد انرژی در مسیر تشکیل تولید شد. با چنین رویکردهایی، نانوذرات کروی و مکعبی نقره- مس و اکسید مس در گستره ابعادی 90-100 نانومتر سنتز شدند. همچنین با تغییر شرایط سینتیکی فرایند، نانوسیم های نقره با قطری بین 100 تا 200 نانومتر و طولی حدود چند ده میکرومتر به طور موفقیت آمیز تولید شدند. اثر غلظت یون مس نیز بر نسبت ظاهری نانوسیم های سنتز شده به روش پلی ال بررسی شد.
    کلیدواژگان: نانوساختار نقره، نانوساختار نقره- مس، پلی ال، سنتز شیمیایی
  • الهام شیرانی، امیر رزمجو * صفحات 127-140
    اهمیت ایجاد سطوح ابرآبگریز از طریق اصلاح ساختار و شیمی سطح در جلوگیری و یا به تاخیر انداختن تشکیل بیوفیلم است. این کار با هدف ارتقاء زیست سازگاری و بهبود خواص شیمیایی و بیولوژیکی سطح از طریق ایجاد ساختار زبری های چندگانه میکرو- نانو و کاهش انرژی آزاد سطح با کمک پلیمر آبگریز پرفلئورودودسیل تری کلروسیلان (FTCS) است. در این پژوهش به منظور ایجاد سطوح ابرآبگریز از یک مرحله پوشش دهی با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم و یک مرحله فلئوروسیلانیزاسیون استفاده شد. سپس جهت ارزیابی خواص فیزیکوشیمیایی سطح اصلاح شده میکروسکوپی الکترونی روبشی (SEM)، طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)، اندازه گیری زاویه تماس، بررسی میزان سمیت سلولی پوشش سطح (با استفاده از سلول های سرطانیHela، MCF-7 و سلول های فیبروبلاست انسانی) با روش MTT، میزان جذب پروتئین BSA با روش بردفورد و چسبندگی سلول باکتریایی(سویه های استافیلوکوکوس اورئوس، استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس) با روش میکروتیتر مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج حاصل افزایش زاویه تماس تا 156 درجه و کاهش انرژی سطح تا میزان 51/5 میلی نیوتن بر متر را در اثر تغییرات فیزیکو شیمیایی سطح نشان دادند. همچنین نتایج، کاهش چشم گیر میزان جذب پروتئین و چسبندگی سلولی باکتریایی را برای سطوح ابرآبگریز نشان دادند.
    کلیدواژگان: اصلاح سطح، نانوذره دی اکسید تیتانیوم، جذب پروتئین، زیست سازگاری، سطح ابرآبگریز
|
  • H. Rashtchi *, M. Shamanian, K. Raeissi Pages 1-20
    Stainless steel bipolar plates are preferred choice for use in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFCs). However, regarding the working temperature of 80 °C and corrosive and acidic environment of PEMFC, it is necessary to apply conductive protective coatings resistant to corrosion on metallic bipolar plate surfaces to enhance its chemical stability and performance. In the present study, by applying Ni-Mo and Ni-Mo-P alloy coatings via electroplating technique, corrosion resistance was improved, oxid layers formation on substrates which led to increased electrical conductivity of the surface was reduced and consequently bipolar plates fuction was enhanced. Evaluation tests included microstructural and phase characterizations for evaluating coating components; cyclic voltammetry test for electrochemical behavior investigations; wettability test for measuring hydrophobicity characterizations of the coatings surfaces; interfacial contact resistance measurements of the coatings for evaluating the composition of applied coatings; and polarization tests of fuel cells for evaluating bipolar plates function in working conditions. Finally, the results showed that the above-mentioned coatings considerably decreased the corrosion and electrical resistance of the stainless steel.
    Keywords: PEM fuel cell, Bipolar plate, Ni-Mo coatings, Electroplating, Wettability, Polarization test
  • F. Z. Akbarzadeh, M. Rajabi * Pages 31-43
    In this study, the composite material with composition of MgH2-10 wt% (25Ce-75Ni) has been prepared by co-milling of magnesium hydride powder with Ce-Ni alloy produced by vacuum arc remelting method. The effect of milling time and additive on magnesium hydride structure, i.e. crystallite size, lattice strain and particle size, and also hydrogen desorption properties of obtained composite were evaluated and compared with pure milled MgH2. It has been shown that the addition of 25Ce-75Ni alloy to magnesium hydride yielded a finer particle size. As a consequence, the desorption temperature of mechanically activated MgH2 decreased from 340 °C to 280 °C for composite 1(5 h mechanical alloying) and to 290 °C for composite 2 (15 h mechanical alloying). Further improvement in the hydrogen desorption tempreture of composite 1 can be related to finer particle size and higher Mg2NiH4 phase value, which corresponded with calculated enthalpy results.
    Keywords: MgH2, Ce-Ni alloy, Hydrogen desorption temperature, Mechanical alloying
  • M. Mirhaj, M. Mahmoodi *, A. Shybani Pages 45-57
    In this research, keratin (Kr)/ poly caprolactone (PCL)/ hydroxyapatite (HA) scaffold was made by electrospinning method. Then, the effect of HA nanoparticles on properties of scaffold B (Kr 33%, PCL 50% and HA 17%) and scaffold A (Kr 40% and PCL 60%) were studied. The surface morphology, functional groups on the surface of samples, porosity, and specific surface area were evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), liquid displacement method, and BET test, respectively. The mean diameter of fibers in samples A and B was measured 184 nm and 108 nm, respectively. Results showed that the specific surface area in scaffolds with HA nanoparticles was almost 2 times higher than that of the scaffold without HA. The biodegradability of scaffolds was examined in phosphate buffer solution (PBS) and the results showed an increase in the weight loss percentage of the scaffold B. The cell viability and adherence of osteosarcoma cell line (Saos-2) on the scaffold surface was observed via MTT assay and the results showed an increase in cell growth on PCL/Kr scaffolds with HA nanoparticles. Thus, scaffolds containing HA nanoparticles can be a good choice for tissue engineering applications.
    Keywords: Keratin, Hydroxyapatite, Electrospinning, Nanofibers, Tissue engineering
  • E. Velayi, R. Norouzbeigi * Pages 69-88
    A superhydrophobic ZnO surface was prepared on the stainless steel mesh by a one-step chemical bath deposition method without chemical post-treatment. The effect of adding polyethylene glycol 6000 (PEG 6000) as an organic additive and the type of the alkaline agent were investigated on the morphological and wettability properties of ZnO surfaces. The prepared surfaces were characterized by X-ray Diffraction (XRD), stylus profilometer, Scanning Electron Microscope (SEM), Fourier Transform Infrared (FTIR) and Raman Spectrometer. The microstructure studies showed that the addition of PEG led to formation of densely branched and uniform ZnO rods with a length of 1.5 µm and a diameter of about 95 nm on the substrate. The surface wettability studies confirmed that the sample prepared in the presence of hexamethylenetetramine (HMTA) and 0.05 mM PEG with branched tree-like micro/nanostructure exhibited excellent superhydrophobic properties with the water contact angle (WCA) of 158.2°±1.5° and contact angle hysteresis (CAH) of 3.5°. In addition, the superhydrophobic showed good chemical stability in the pH range of 4 to 8.
    Keywords: Chemical bath deposition method, Superhydrophobic surface, Polyethylene glycol, Static water contact angle, Chemical stability
  • M. H. Bakhshi, A. Zakeri * Pages 89-103
    Electrowinning is one of the methods for recovery of nickel metal from pregnant leach solutions. In industrial practice, the Ni content in electrolytes is usually above 80 g/L. However, many nickel solutions obtained from processing of secondary nickel resources are much less concentrated and this makes the electrowinning of such solutions difficult. In the present study, Nickel electrowinning from 30 g/L sulfate solutions has been investigated and the effect of the parameters such as current density (CD), temperature (T) and boric acid concentration (BA) on the current efficiency and nickel deposit quality has been determined using a central composite design methodology. The statistical analysis of experimental results revealed the significant factors and a proper model was obtained for each response variable. The results revealed two important negative interaction effects of T´BA and CD´BA which means that increasing temperature and current density could result in a higher current efficiency and satisfactory Ni deposit quality only at lower boric acid concentrations. By using overlaid contour plot method for multiple response optimization, the optimum condition for attaining current efficiencies of >95% and a smooth and compact Ni deposit quality was determined as CD = 2-2.5 A/dm2, T = 25-30 °C, and BA = 10 g/L.
    Keywords: Nickel electrowinning, Current efficiency, Deposit quality, Central composite design, Multiple response optimization, Overlaid contour plot
  • M. R. Pakmanesh *, M. Shamanian, S. Asghari Pages 105-116
    In the present study, the optimization of pulsed Nd:YAG laser welding parameters was done on a lap-joint of a 316L stainless steel foil in order to predict the weld geometry through response surface methodology. For this purpose, the effects of laser power, pulse duration, and frequency were investigated. By presenting a second-order polynomial, the above-mentioned statistical method was managed to be well employed to evaluate the effect of welding parameters on weld width. The results showed that the weld width at the upper, middle and lower surfaces of weld cross section increases by increasing pulse durationand laser power; however, the effects of these parameters on the mentioned levels are different. The effect of pulse duration in the models of weld upper, middle and lower widths was calculated as 76, 73 and 68%, respectively. Moreover, the effect of power on theses widths was determined as 18, 24 and 28%, respectively. Finally, by superimposing these models, optimum conditions were obtained to attain a full penetration weld and the weld with no defects.
    Keywords: Pulsed laser welding, Weld geometry, Response surface methodology, Bipolar plate, Fuel cell
  • D. Haghshenas *, A. Amirjani Pages 117-126
    In this study, null and one-dimensional nanoparticles and nanostructures of Ag and Ag-Cu were synthesized using polyol method. In order to prepare different nanostructures with the same synthesis route, thermodynamics and kinetic conditions of the system were manipulated. In the thermodynamics approach, the nanostructures with the minimum surface energy were obtained as the final product, while in kinetic approach, the nanostructures with the lower activation energy were formed. By using these appraoches, Ag and Ag-Cu spherical and cubical nanostructures were produced in the size range of 90-100 nm. Also, by manipulating the kinetic conditions of the system, silver nanowires with the diameters in the range of 100-200 nm and the length of several microns were obtained successfully. The effect of Cu ions (Cu2) on aspect ratio of the synthesized silver nanowires by polyol method was evaluated.
    Keywords: Silver nanostructures, Silver-copper nanostructures, Polyol, Chemical synthesis
  • E. Shirani, A. Razmjou* Pages 127-140
    The significance of producing superhydrophobic surfaces through modification of surface chemistry and structure is in preventing or delaying biofilm formation. This is done to improve biocompatibility and chemical and biological properties of the surface by creating micro-nano multilevel rough structure; and to decrease surface free energy by Fault Tolerant Control Strategy (FTCS) . Here, we produced a superhydrophobic surface through TiO2 coating and flurosilanization methods. Then, in order to evaluate the physicochemical properties of the modified surfaces, they were characterized by Scanning Electron Microscope (SEM), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Contact Angle (CA), cell viability assay (using Hela and MCF-7 cancer cell lines as well as non-cancerous human fibroblast cells) by MTT, Bovine Serum Abumin (BSA) protein adsorption using Bradford and bacterial adhesion assay (Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis) using microtiter. Results showed that contact angle and surface energey of superhydrophobic modified surface increased to 150° and decreased to 5.51 mj/m2, respectively due to physicochemical modifications of the surface. In addition, the results showed a substantial reduction in protein adsorption and bacterial cell adhesion in superhydrophobic surface.
    Keywords: Surface modification, Titanium dioxide nanoparticles, Protein adsorption, Biocompatibility, Superhydrophobic surface