فهرست مطالب

مواد نوین - سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 47، بهار 1401)

مجله مواد نوین
سال سیزدهم شماره 1 (پیاپی 47، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/06
  • تعداد عناوین: 5
|
  • سحر زیرکی*، بابک هاشمی، کمال جانقربان، محسن بابایی، رحیم اقراء صفحات 1-20

    مقدمه:

     باتری لیتیوم-یون شامل اجزای مختلفی می‏باشد که در این میان کاتد جزء مهم و موثری در کارایی آن می‏باشد. تاکنون ترکیبات مختلفی به‏عنوان کاتد در باتری‏های لیتیوم-یون مورد استفاده قرار گرفته‏اند که از میان آن‏ها ترکیب NCA (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2) توجه زیادی را به دلیل ظرفیت ویژه بالا و حفظ آن به خود جلب کرده است. البته ظرفیت برگشت‏پذیر کاربردی خیلی کمتر از مقدار تیوری می‏باشد که از عوامل آن در کاهش ظرفیت می‏توان به مهاجرت کاتیون نیکل به لایه لیتیومی (ترکیب کاتیونی) و تخریب ساختار لایه‏ای NCA اشاره کرد. با توجه به این مسیله سنتز مناسب این ساختار می‏تواند به افزایش ظرفیت و طول عمر باتری کمک کند.

    روش

    در این پژوهش پیش ماده Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2 با روش هم‏رسوبی با استفاده از آمونیاک به عنوان کمپلکس ‏دهنده برای کنترل واکنش در شرایط دمایC 60 و pH=12 تولید شد و سپس به روش حالت جامد و عملیات حرارتی کلسینه و تف‏جوشی به ترتیب در دمای 550 و C800 تحت اتمسفر اکسیژن ماده کاتدی NCA سنتز گردید. برای مقایسه، سنتز پیش ‏ماده Ni0.8Co0.15(OH)2 و سپس افزودن هیدروکسید آلومینیوم به روش حالت جامد نیز انجام شد. اثر نحوه سنتز و زمان سنتز بر نتایج الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفت

    یافته ها

    در نمونه با مدت زمان سنتز هم‏رسوبی 4 روز و سپس دو مرحله تف‏جوشی، پیک‏های آندی و کاتدی در نمودار ولتامتری سیکلی به ‏خوبی تشکیل شدند. ظرفیت و برگشت‏ پذیری ظرفیت بهتر و همچنین مقاومت کمتر و ضریب نفوذ لیتیوم بیشتری به دست آمد.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان دادند که استفاده از آمونیاک به‏ عنوان عامل کمپلکس در سنتز هم‏رسوبی برای یون آلومینیوم مناسب است. همچنین افزایش زمان سنتز هم‏رسوبی به کامل شدن ساختار لایه‏ ای و در نتیجه افزایش ظرفیت کمک می‏کند. انجام دو مرحله عملیات حرارتی تف‏جوشی نیز در کاهش ترکیب کاتیونی و افزایش ظرفیت اثرگذار است.

    کلیدواژگان: باتری لیتیوم-یون، LiNi0.8Co0.15Al0.05O2، الکتروشیمیایی، هم‏رسوبی
  • رضا بلوک حیدری، مصطفی اسکندری*، مهدی یگانه صفحات 21-38
    مقدمه

    در این پژوهش تحولات ریزساختاری و تاثیر آن بر خواص خوردگی فولاد زنگ نزن آستنیتی s310 طی عملیات ترمومکانیکی بررسی شد.

    روش

    فرایند نورد سرد به میزان 90 درصد کاهش در ضخامت انجام پذیرفت. سپس نمونه ها در دماهای 750، 850، 950 و 1050 درجه سانتی گراد به مدت 10 دقیقه آنیل شدند. به کمک میکروسکوپ نوری ریزساختار نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی خواص خوردگی نمونه ها از آزمون های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول سدیم کلرید 5/3 درصد وزنی استفاده گردید.

    یافته ها و نتیجه گیری:

     نتایج نشان داد که فرایند نورد سرد موجب کاهش اندازه دانه و تبدیل فاز آستنیت به مارتنزیت αʹ ناشی از کرنش می شود. در ادامه در اثر عملیات آنیل استحاله برگشتی مارتنزیت αʹ به آستنیت اتفاق می افتد. افزایش دمای آنیل نیز موجب رشد دانه و افزایش متوسط اندازه دانه می شود. کاهش اندازه دانه در اثر فرایند نورد سرد موجب افزایش مقاومت به خوردگی می شود. همچنین مقاومت به خوردگی در اثر آنیل نمونه در دمای 750 درجه سانتی گراد افزایش پیدا کرده و مقدار آن نسبت به نمونه بدون آنیل از 26800 به Ω.cm2 38950 می رسد. انجام استحاله برگشتی از عوامل اصلی این افزایش در مقاومت به خوردگی می باشد. درحالی که افزایش دمای آنیل رشد دانه و کاهش تدریجی مقاومت به خوردگی را به دنبال دارد. به گونه ای که مقدار مقاومت به خوردگی در نمونه آنیل شده در دمای 1050 درجه سانتی گراد به Ω.cm2 5400 کاهش می-یابد.

    کلیدواژگان: فولاد زنگ نزن آستنیتی s310، عملیات ترمومکانیکی، ریزساختار، خوردگی
  • ندا عسکرزاده، زهرا شرافت* صفحات 39-52

    پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF) یک پلیمر نیمه بلورین است که به دلیل خواص ویژه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این پلیمر دارای پنج ساختمان بلوری است که فاز β به دلیل دارا بودن خاصیت پیزوالکتریک مهم ترین فاز PVDF به شمار می آید. راه های زیادی برای افزایش فاز β وجود دارد که از آن جمله می توان به استفاده از الکتروریسی به عنوان روش ساخت و همچنین افزودن نانو ذراتی مانند تیتانات باریم (BT) اشاره کرد. محلول PVDF حاوی درصدهای وزنی مختلف نانوذرات تیتانات باریم تهیه و الکتروریسی شدند. الیاف نانوکامپوزیتی تولید شده سپس در دمای 155 درجه سانتی گراد به مدت دو ساعت عملیات حرارتی شدند.بررسی مورفولوژی نمونه های حاوی مقادیر مختلف BT با استفاده از تصاویر SEM نشان داد که الیاف نانوکامپوزیتی به دست آمده کاملا یکنواخت و بدون بید بودند. علاوه بر این، افزایش مقدار نانوذرات BT سبب کاهش قطر الیاف شد. با توجه به نتایج EDS می توان فهمید که نمونه ی کامپوزیتی ساختاری کاملا یکنواخت و همگن از نظر توزیع BT دارد. با توجه به نتایج FTIR، با افزایش درصد نانوذرات BT تا 4 درصد وزنی، فاز β افزایش یافته است که دلیل این امر، برهمکنش موثر بین نانوذرات BT وPVDF است. با افزایش مقدار نانوذرات به بیشتر از 4 درصدوزنی، تشکیل فاز β حین الکتروریسی تحت تاثیر دو عامل افزایش آگلومره های BT و افزایش ویسکوزیته کاهش می یابد. اندازه گیری زاویه تماس الیاف PVDF-BT نشان داد که با افزایش درصد وزنی BT، ترشوندگی الیاف نانوکامپوزیت بهبود می یابد. نتایج XRD نشان داد که روش الکتروریسی باعث ایجاد فاز β در PVDF می شود. همچنین در الگوی پراش کامپوزیت PVDF-BT، شدیدترین پیک BT مشاهده شد. در نهایت نمونه ی PVDF-4%BT خاصیت پیزوالکتریک بیشتری نسبت به PVDF خالص از خود نشان داد.نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که افزودن BT در مقدار بهینه 4 درصد وزنی می تواند سبب بهبود خواص الیاف PVDF-BT شود. در این میزان از تیتانات باریم، 43/94 درصد فاز بتا که بیش ترین میزان فاز بتا است، به دست آمد. همچنین با توجه به نتایج آزمون پیزوالکتریک مشخص شد که با افزودن 4 درصد وزنی تیتانات باریم به محلول PVDF، بار خروجی پیزوالکتریک الیاف PVDF از pC/N 34/6 به pC/N 85/8 افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت پیزوالکتریک، پلی وینیلیدن فلوراید، نانو ذرات تیتانات باریم، الکتروریسی
  • زهرا شهریاری، خلیل الله قیصری* صفحات 53-70
    مقدمه

    هدف از این مطالعه ارزیابی ویژگی های جذبی و خواص بازدارند گی عصاره برگ درخت کنار (ZSC)[1] و سولفات روی (ZnSO4) و همچنین سنتز یک بازدارنده خوردگی جدید براساس ZSC/ZnSO4 به منظور بازدارنده ای جهت افزایش خواص حفاظت از خوردگی فولاد کم کربن در محلول 5/3 درصد وزنی سدیم کلرید می باشد.

    روش

    در این تحقیق، عصاره استخراجی از ZSC به محلول آب در ZnSO4 اضافه شد و توسط همزن مغناطیسی[2] به مدت زمان 48 ساعت مخلوط شد تا بازدارنده چندتایی تهیه گردد. مورفولوژی و شیمی بازدارنده چندگانه سنتز شده توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) مورد بررسی قرار گرفت. اثر ضد خوردگی و بازدارنده گی بازدارنده سنتز شده در کنترل خوردگی فولاد کربنی توسط آزمون های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان مجهز به طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (FE-SEM/EDS) مورد مطالعه قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج ریزساختاری و آنالیز TGA نشان داد که بازدارنده ترکیبی ZSC/ZnSO4 به طور موفقیت آمیزی با اشتراک گذاشته شدن جفت الکترون های آزاد اتم های هترو O، N و H[3] موجود در ساختار ترکیبات آلی ZSC با اوربیتال های خالی کاتیون Zn+2 تشکیل شده است. نتایج حاصل از آزمون های EIS و پلاریزاسیون نشان دادند که نمونه فولادی در محلول حاوی ترکیب هیبریدی ZSC/ZnSO4 دارای مقاومت به خوردگی بالایی بوده است.  

    نتیجه گیری

    کاهش نرخ خوردگی فولاد در محلول سدیم کلرید حاوی ZSC/ZnSO4 نشان از اثر هم افزایی بین ZSC و Zn+2 بوده است که سبب کاهش واکنش های کاتدی و آندی در سطح فولاد شده و همچنین چنگ زدگی و جذب مولکول های ZSC با سطح فولاد و کاتیون های Zn+2 و Fe+2 که سبب رسوب فیلم های محافظ در مکان های آندی و همچنین رسوب  هیدروکسید روی در مکان های کاتدی خواهد شد.

    کلیدواژگان: برگ درخت کنار، بازدارنده هیبریدی ZSC، ZnSO4، ممانعت از خوردگی، EIS
  • پیمان محمد زاده جهانی، هوشنگ حمیدیان، علی بهراد وکیل آباد*، مایده جعفری، سامیه فزونی، حانیه شرفی نژاد صفحات 71-90
    مقدمه

    نانوکامپوزیت ها به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد از جمله غیر سمی بودن و سازگاری زیستی به طور گسترده در پژوهش های علوم زیستی استفاده می شوند. در این تحقیق، نانوکامپوزیت جدید با استفاده از پلیمر پلی یورتان و قسمت میان بر گوشتی انار و ذرات نانو نقره تهیه شد.

    روش

    ترکیب نانوکامپوزیت حاوی پلیمر پلی یورتان، بخش میان بر گوشتی میوه انار و نانوذرات نقره به روش شیمیایی تر سنتز شد. خواص جذب آب و رهایش دارویی نانوکامپوزیت جدید بررسی شد. ترکیب پلی یورتال با درصد وزنی های مختلف از میان بر گوشتی انار بررسی گردید. با استفاده از سبزی خرد کن به مدت 2 دقیقه، متوسط اندازه 1 میلی متر بدست آورده شد.

    یافته ها

    بهترین ترکیب با کارایی بالا برای جذب (4.85 گرم بر گرم) و انتشار دارو (0.45 گرم بر لیتر) با استفاده از نانوکامپوزیت ترکیبی از پلیمر پلی یورتان با 5 گرم از بخش میان بر گوشتی انار و 1 گرم نانوذرات نقره نشانده شده بدست آورده شد. آنالیز SEM مورفورلوژی و نحوه پراکندگی نانوذرات را در کامپوزیت مشخص کرد. آنالیزهای FTIR و نیز XRD پیک های مختصه ذرات نقره را نشان دادند که نشان دهنده سنتز موفق نانوکامپوزیت از مواد سازگار با محیط زیست می باشد. بررسی دانه بندی نانوذرات نقره نشانده شده بر روی نانوکامپوزیت با استفاده از آنالیزهای تصاویر SEM (متوسط ابعاد حدود 50 نانومتر) و نیز بررسی دانه بندی کریستال ها با استفاده XRD با دانه بندی متوسط حدود 15 نانومتر بدست آورده شد. این موضوع نشان دهنده پخش شدگی مناسب نانوذرات در خمیره کامپوزیت بود که دلیل اصلی کارایی بالای نانوکامپوزیت در جذب و پخش دارو در محیط آبی تشخیص داده شد. دلیل این توزیع دانه بندی ریز و یکنواخت می تواند به دلیل خاصیت میسل سازی خمیره مواد ارگانیکی در فرایند سنتز باشد که با به تله انداختن کریستال های تشکیل شده از رشد بیشتر آن جلوگیری می کند. آنالیز UV-Vis برای اندازه گیری کمی جذب و انتشار دارو استفاده شد. طول موج ماکزیمم جذب سیپروفلوکساسین 270 نانومتر در آنالیز اسپکتوفتومتری UV-Vis بود.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، میان بر گوشتی انار، پلی یورتان، انتشار دارویی، زیست سازگاری
|
  • Sahar Ziraki *, Babak Hashemi, Kamal Janghorban, Mohsen Babaiee, Rahim Eqra Pages 1-20
    Introduction

    Cathode is an important component in the performance of Li-ion batteries. Various compounds have been used as cathodes in Li-ion batteries, among which NCA (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2) has attracted a lot of attention due to its high specific capacity and capacity retention. However, the applied reversible capacity is lower than the theoretical value, which is because of the migration of Ni cation to the Li layer (cation mixing). Therefore, proper synthesis of this structure can help to increase the capacity and battery lifetime

    Methods

    In this research, the precursor of Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2 were synthesized by co-precipitation method using ammonia as complexing agent at the temperature and pH of 60˚C and 12 and then NCA cathode powder was obtained by solid state method and calcination and sintering at 550 and 800˚C respectively, under oxygen atmosphere. For comparison, the synthesis of Ni0.8Co0.15(OH)2 and then addition of aluminum hydroxide by solid state method was done. The effects of synthesis method and time were studied.

    Findings

    Results showed that in the sample with a synthesis time of 4 days and then 2 sintering stages, anodic and cathodic peaks in cyclic voltammetry can be seen clearly. Besides, better capacity and capacity retention, lower charge resistance, and higher Li diffusion were achieved.

    Conclusion

    Results indicate that ammonia as a complexing agent in co-precipitation synthesis is suitable for the Al ion. Moreover, increasing the synthesis time helps to have complete layered structures, which is followed by better capacity. Two times sintering is also effective in reducing the cation mixing.

    Keywords: Lithium-ion Battery, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, Electrochemical, Co-precipitation
  • Reza Bolouk Heidari, Mostafa Eskandari *, Mahdi Yeganeh Pages 21-38
    Introduction

    In this study, microstructural changes and their effect on corrosion properties of 310s austenitic stainless steel during thermomechanical treatment were investigated.

    Methods

    The cold rolling process was performed with a 90% reduction in thickness. The samples were then annealed at 750, 850, 950, and 1050 °C for 10 minutes. The microstructure of the samples was examined by an optical microscope. Electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization tests were performed in 3.5 wt. % NaCl to investigate the corrosion properties of the samples.

    Findings and Conclusion

    The results showed that the cold rolling process reduces the grain size and converts the austenite phase to strain-induced αʹ-martensite. Subsequently, a reverse transformation of αʹ-martensite to austenite occurs due to the annealing. Increasing the annealing temperature also causes grain growth and an increase in the average grain size. Corrosion resistance improved by reduction in grain size. Annealing at 750 °C also increased the corrosion resistance from 26800 to 38950 Ω.cm2 compared to the un-annealed sample. Reverse transformation is one of the main factors in this increase in corrosion resistance. While increasing the annealing temperature leads to grain growth and a decrease in corrosion resistance. So that the amount of corrosion resistance in the annealed sample at 1050 °C is reduced to 5400 Ω.cm2.

    Keywords: 310s steel, Thermomechanical treatment, Microstructure, Corrosion
  • Neda Askarzadeh, Zahra Sherafat * Pages 39-52

    Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a semi-crystalline polymer that has received a great deal of interest. PVDF crystallizes in five different phases. The β phase is the most important PVDF phase with the highest piezoelectric properties. Therefore, increasing the β phase fraction in this polymer is crucial. Various methods can be used for increasing β phase fraction in PVDF, amongst which electrospinning and introducing certain nanoparticles are worth mentioning.PVDF solution containing different amounts of barium titanate (BT) nanoparticles were prepared and electrospun. Finally, the obtained fibers were heat treated at 155°C for 2 h.Morphology observations showed the formation of uniform and beadless nanocomposite fibers. In addition, increasing the amount of BT nanoparticles decreased the average fiber diameter. The EDS results showed that BT nanoparticles were homogeneously distributed in the composite fibers. XRD patterns showed that the electrospinning method can induce β-phase formation in PVDF. Calculating the β-phase fraction showed an increasing trend up to 4 wt.% BT content due to the effective interaction between BT nanoparticles and PVDF chains. The β phase content reached 94.43% in PVDF-4%BT sample. Beyond that, nanoparticles agglomeration and the increased viscosity of the polymer colloid hinder β-phase formation. The contact angle of PVDF fibers decreased by increasing the BT content, and in the presence of 6 wt.% BT, the lowest contact angle, 126.8°, was obtained. The results of piezoelectric test showed that by adding 4 wt.% barium titanate to PVDF, the piezoelectric charge output of PVDF fibers increased from 6.34 pC/N to 8.85 pC/N.

    Keywords: piezoelectric composite, Polyvinylidene fluoride, barium titanate nanoparticles, Electrospinning
  • Zahra Shahryari, Gheisari Khali * Pages 53-70
    Introduction

    This study's objectives were to investigate the inhibitory and adsorption qualities of aqueous extracts of Ziziphus spina-christi (ZSC) leaves and ZnSO4 and to create a new generation of corrosion-inhibiting pigments based on zinc sulfate-ZSC leaf extract (ZSC/ZnSO4) for the corrosion of mild steel in 3.5 weight percent NaCl solution.

    Methods

    In this study, the ZSC extract was introduced to a ZnSO4 suspension and swirled using a magnetic stirrer for 48 hours at 25 °C until the functional groups of the ZSC and ZnSO4 interacted and a hybrid pigment was produced. Scanner electron microscopy (SEM) and thermal gravimetric analysis (TGA) techniques were used to analyze the morphology and chemistry of the produced pigments. Then, using polarization tests, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and FE-SEM/EDS analyses, the inhibitory impact of pigments in preventing corrosion of carbon steel in 3.5 weight percent NaCl solutions was assessed.

    Findings

    Results showed that the lone pair electrons of heteroatoms present in the structure of the chemical compounds of ZSC extract were successfully shared with vacant orbitals of Zn2+ cations to create the hybrid ZSC/ZnSO4 pigment.

    Results :

    from electrochemical experiments indicated that the ZSC/ZnSO4 hybrid pigment could significantly slow down the corrosion of the steel sample. Both the anodic and cathodic processes were noticeably repressed and inhibited in the presence of ZSC/ZnSO4 extract due to the synergistic impact between ZSC and Zn2+ cations.

    Keywords: Ziziphus spina-christi leaf, hybrid ZSC, ZnSO4 pigment, corrosion inhibitive, EIS
  • Peyman Mohammadzadeh Jahani, Hooshang Hamidian, Ali Behrad Vakylabad *, Maedeh Jafari, Samieh Fozuni, Hanieh Sharafinejad Pages 71-90
    Introduction

    Nanocomposites are used in biological research due to their unique properties like non-toxicity and biocompatibility. In this study, a new nanocomposite was prepared using polyurethane polymer, and the meaty middle part of the pomegranate which infixed with nano-silver particles.

    Method

    The nanocomposites containing polyurethane polymer, meaty shortcut part of pomegranate fruit, silver nanoparticles, and ciprofloxacin (drug) were chemically synthesized. SEM photomicrographs confirmed the presence of spherically dispersed silver nanoparticles. The combination of polyurethane with different weight percentages of pomegranate broiler was studied.

    Results

    The best performance for drug uptake (4.85 g/g) and release (0.45 g/l) was obtained using a combination of polyurethane polymer with 5 g of pomegranate middling meat, and 1 g of silver nanoparticles (NC3). SEM analysis determined the morphology and dispersion of nanoparticles. FTIR and XRD analysis showed specific peaks (at 2-thetas of 27.01, 38.103, 44.374, 64.541) of silver indicating successful synthesis of the nanocomposites. By studying the particle size distribution (PSD) of silver nanoparticles, SEM image analyses and XRD crystalline size analysis showed that there was a very good match between these two PSDs. This indicates the high dispersion of nanoparticles in composite paste without agglomeration, which was the main reason for the high efficiency of nanocomposite in drug adsorption and dispersion in an aqueous environment. The soluble calibration curve with specified percentages of this drug was used to measure the quantitative dissolution of ciprofloxacin. The maximum wavelength of ciprofloxacin absorption was 270 nm in UV-Vis spectrophotometry analysis.

    Keywords: Nanocomposite, Meaty middling pomegranate, Polyurethane, Pharmaceutical emission, Biocompatibility