فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 44، بهار 1402)

نشریه علم و مهندسی سرامیک
سال دوازدهم شماره 1 (پیاپی 44، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/19
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمدالله صالحی*، ناصر ابراهیمی صفحات 1-11

    در این تحقیق ویژگی های الکترونی و ساختاری عایق توپولوژی SnBi2Te4 در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با روش امواج تخت بهبود یافته خطی با پتانسیل کامل با بسته نرم افزاری Wien2k محاسبه شده است. گاف نواری انبوهه با تقریب PBE  برابر با 36/0 الکترون ولت و با تقریب  LDA برابر با 22/0 الکترون ولت به دست آمده است و نشان می دهد که این ماده می تواند برای کاربردهای الکترونیکی در دمای اتاق مناسب باشد. نتایج به دست آمده با دیگر داده های موجود سازگاری دارد.

    کلیدواژگان: عایق توپولوژی، نظریه تابعی چگالی، گاف نواری
  • مهدی کزازی*، محسن فراهانی، بابک مزینانی صفحات 12-23

    نانوذرات مزومتخلخل اکسید منگنز با استفاده از قالب سخت سیلیکاییSBA-15  (SBA-MnO2) تهیه شدند و به عنوان ماده الکترودی برای شبه خازن های الکتروشیمیایی مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین، برای مقایسه، نانوذرات مزومتخلخل اکسید منگنز با استفاده از کوپلیمر پلارونیک P123 به عنوان قالب نرم (P123-MnO2) تهیه شدند. مشخصه یابی ساختاری و مورفولوژیکی مواد نانوساختار اکسید منگنز تهیه شده با استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD)، آزمون جذب/واجذب نیتروژن، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام شد. به علاوه، بررسی های الکتروشیمیایی مواد الکترودی با استفاده از آزمون های ولتامتری چرخه ای (CV) و شارژ-تخلیه جریان ثابت (GCD) صورت گرفت. نتایج نشان دادند که ماده فعال SBA-MnO2 به دلیل داشتن سطح ویژه بالاتر و ساختار متخلخل تر، ظرفیت ویژه بالاتری (F g-1  1145 در چگالی جریان A g-1 1) را نسبت به ماده P123-MnO2 (F g-1  723 در چگالی جریان A g-1 1) ارایه می دهد. به همین خاطر، ماده فعال مزومتخلخل SBA-MnO2 می تواند به عنوان یک ماده الکترودی بالقوه جهت کاربرد در خازن های الکتروشیمیایی با کارایی بالا معرفی شود.

    کلیدواژگان: خازن های الکتروشیمیایی، MnO2، مزومتخلخل، SBA-15، P123
  • مسیح دربندی*، امین مقدس فر صفحات 24-37

    در سال های اخیر، استفاده از یک روش سبز برای سنتز نانوذرات به دلیل مسایل زیست محیطی بسیار مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. در کار پژوهشی حاضر، برای اولین بار با استفاده از امواج فراصوت به سنتز نانوذرات مزومتخلخل کبالت اکسید (Co3O4) در حلال یوتکتیک عمیق (کولین کلراید: اتیلن گلیکول) پرداخته شد. هدف از این پژوهش سنتز نانوذرات در حلال یوتکتیک عمیق (DES) برای بررسی و ارزیابی اثرات حلال یوتکتیک عمیق بر روی ساختار، مورفولوژی و همچنین تاثیر بر روی فعالیت نانوذرات کبالت اکسید به عنوان فوتوکاتالیست می باشد. در طی این پژوهش ما از تکنیک هایی چون XRD، BET، و SEM برای بررسی ساختار، تخلخل، مورفولوژی و توپولوژی نانوذرات سنتز شده استفاده شد. برای بررسی بهتر اثرات حلال یوتکتیک عمیق بار دیگر نانوذرات در آب به عنوان یک حلال معمول سنتز شدند و نتایج آن با نانوذرات سنتز شده در DES مقایسه گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهند زمانی که نانوذرات در حلال DES سنتز شدند، میزان تخلخل و به تبع آن میزان مساحت سطح موثر افزایش و همچنین اندازه نانوذرات کاهش یافت. همچنین در این کار پژوهشی برای اولین بار فعالیت سونوفوتوکاتالیستی نانوذرات سنتز شده در حلال یوتکتیک عمیق مورد بررسی و ارزیابی قرارگرفت. در طی فرآیند سونوفوتوکاتالیز کافیین در مدت زمان 55 دقیقه تحت نور فرابنفش و امواج فراصوت به میزان 54/99% تخریب شد.

    کلیدواژگان: حلال یوتکتیک عمیق، سنتز سونوشیمیایی، مزومتخلخل، نانوذرات کبالت اکسید، سونوفوتوکاتالیز، فوتوکاتالیست
  • محمد احمدی دریاکناری*، رضا قاسمی، احمد احمدی دریاکناری، محمدرضا رحیمی پور صفحات 38-51

    در این پژوهش به روند تولید پودر YSZ قابل پاشش حرارتی به روش هم رسوبی پرداخته می شود  که به دو مرحله کلی تقسیم می شود. در مرحله اول، ماده YSZ توسط انجام فرایندهایی به ترتیب شامل  تهیه پیش ماده محلول از نمک های تشکیل دهنده پودر YSZ بر اساس نسبت های استوکیومتری، هیدرولیز پیش ماده محلول، فیلتراسیون رسوبات، خشک کردن رسوبات و کلسیناسیون بدست می آید. پس از انجام آزمون های مختلف و تایید ترکیب شیمیایی، ترکیب فازی و خلوص پودر YSZ سنتز شده، مرحله اول به اتمام می رسد. در مرحله دوم، پودرهای تولید شده برای اینکه قابلیت جریان پذیری و پاشش حرارتی داشته باشند، تحت فرایند گرانوله کردن، قرار می گیرند.  پس از اتمام مرحله دوم،  پودر YSZ آماده استفاده در پوشش های سد حرارتی می باشد.  پودر سنتز شده شباهت زیادی با پودر Metco 204NSG  دارد که این پودر،  بهترین پودر از لحاظ راندمان و ساختار نهایی پوشش در صنعت       می باشد.

    کلیدواژگان: پودر YSZ، روش هم رسوبی، گرانوله کردن
  • بهروز شاه بهرامی*، ناصر احسانی، علی اکبر محمد زاده صفحات 52-64

    نمونه های مختلفی از ترکیبات کامپوزیتی HfC-TaC با درصدهای حجمی مختلف از کاربید تانتالیم (0، 10، 20، 25 و 30 درصد حجمی) به روش تف جوشی بدون فشار تهیه و در دماهای °C 2200، °C 2300 و °C 2400 تف جوشی شدند. خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها از قبیل چگالی، سختی، مدول الاستیک، و ساختار میکروسکوپی بررسی شد. در این تحقیق مشخص گردید که با افزودن کاربید تانتالیم به زمینه کاربید هافنیم و همچنین افزایش دمای تف جوشی، چگالی نمونه ها افزایش خواهد یافت. به گونه ای که چگالی نسبی نمونه ها از %8/52 برای ترکیب فاقد کاربید تانتالیم در دمای °C 2200 به %55/64 برای نمونه حاوی 30 درصد حجمی از TaC ارتقاء می یابد. این مقدار برای نمونه های حاوی 0 و 30 درصد حجمی در دمای تف جوشی °C 2400 به ترتیب به %5/90 و %96/97 تغییر یافته است. همچنین در حالت کلی، سختی نمونه ها با افزایش دمای تف جوشی و مقدار حضور کاربید تانتالیم به واسطه تشکیل محلول جامد و چگالش مناسب زیاد شد. بالاترین مقدار سختی برای ترکیب کاربید هافنیم- 25 درصد حجمی کاربید تانتالیم تف جوشی شده در دمای °C 2400 به میزان GPa 26 حاصل شد. بررسی های ریزساختاری نیز کاهش تخلخل و افزایش چگالی نمونه ها را با زیاد شدن درصد حجمی کاربید تانتالیم در ترکیب و افزایش دمای تف جوشی تایید نمود.

    کلیدواژگان: کاربید تانتالیم، کاربید هافنیم، تف جوشی بدون فشار، محلول جامد
  • مهری مشهدی*، فرهاد فرهنگ راد صفحات 65-91

    کامپوزیت های پارچه کربنی و نمد تقویت شده با سرامیک های فوق دمابالا به دلیل وزن کم آن ها در عین حال خواص فیزیکی، مکانیکی و فرسایشی پیشتاز آن ها در صنعت هوافضا مورد توجه هستند. در این تحقیق کامپوزیت ها از پارچه الیاف کربن و نمد و رزین فنولیک به عنوان زمینه و از ترکیب پودرهای:ZrB2  76، :ZrC  10، SiC: 10 درصد وزنی به عنوان تقویت کننده وB4C : 4 درصد وزنی به عنوان کمک سینتر استفاده شد. پودرهای سرامیکی با درصد وزنی 25، 50 و 75 درصد به لایه های پارچه کربن و نمد پاشیده شد و به منظور مقایسه، نمونه های 100 درصد پودر سرامیکی و 100 درصد پارچه و نمد به عنوان نمونه شاهد ساخته شد. نمونه ها پس از خشک شدن پرس شده و پس از عملیات حرارتی از فرآیند تفجوشی بدون فشار استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش درصد پودر، چگالی و جمع شدگی نمونه ها افزایش یافته که بیشترین چگالی مربوط به نمونه فاقد پارچه کربنی و نمد با چگالی نسبی 5/98 بدست آمد. همچنین تخلخل ظاهری با افزایش درصد وزنی پودر کاهش پیدا کرده که کمترین میزان تخلخل ظاهری نیز مربوط به نمونه فاقد پارچه کربنی و نمد با مقدار 5/0 درصد است. در این پژوهش مشخص گردید که کمترین نرخ اکسایش خطی مربوط به نمونه حاوی 75 درصد پودر سرامیکی در گروه پارچه کربنی با مقدار)  mm s (10-2×17/3 و نمونه حاوی 75 درصد پودر با مقدار)     mm s (10-2×61/3 در گروه نمد است.

    کلیدواژگان: کامپوزیت فوق دمابالا، کامپوزیت کربن، کربن، کامپوزیت ZrB2-ZrC-SiC، پارچه کربن، نمد، اکسیداسیون
  • ابراهیم محمدی منش*، نوشین سلیمی، حسین دانافر صفحات 92-109

    در این مطالعه، نانوکامپوزیت های Fe3O4/SiO2/GO به عنوان نانوحامل پاسخگو به pH، جهت بارگیری و آزادسازی داروی ضد سرطان کورکومین مورد بررسی قرار گرفت. این نانوذرات به روش عملیات گرمایی سنتز و با استفاده از تکنیک های VSM، FTIR، SEM، UV-visible،  EDX  و TEM مشخصه یابی و خواص دارورسانی آن بررسی شد. اندازه نانو کامپوزیت های Fe3O4/SiO2/GO  برابر 56 نانومتر به دست آمد. نتایج XRD برای این ساختار، وجود فازهای بلوری، مکعبی و تتراگونال با اندازه بلورک های 79/14 نانومتر و نتایج VSM رفتار فرومغناطیس در دمای اتاق را نشان داد. نتایج آنالیز FTIR و تصاویر SEM قبل و بعد از بارگذاری دارو، عاملدار شدن نانوکامپوزیت ها با کورکومین را تایید کرد. ظرفیت بارگذاری کورکومین بر سطح  نانوکامپوزیت 21/19 درصد به دست آمد. رهایش کورکومین از نانوحامل ها با تغییر pH از 4/7 به 8/4 به ترتیب از 28 درصد به 68 درصد افزایش یافت. نتایج MTT نشان داد نانوحامل ها به طور قابل توجهی بر روی سلول های سرطانی U87 به صورت وابسته به دوز سمی هستند، درحالی که برای سلول های انسانی فیبروبلاست نسبتا ایمن هستند.

    کلیدواژگان: روش عملیات گرمایی، نانوحامل، مگنتیت، اکسیدگرافن، کورکومین، دارورسانی
|
  • Hamdollah Salehi*, Naser Ebrahimi Pages 1-11

    We report the electronic, structural and optical properties of topological insulator SnBi2Te4 calculated by means of linear augmented plane waves with full potential (FP-LAPW) within the framework of density functional theory (DFT) implemented in Wien2k code. Bulk band gaps of 0.36eV and 0.22eV are predicted by using PBE and LDA approximations, respectively. These gaps indicated that SnBi2Te4 is potentially suitable for room temperature electronics applications. The results are in accordance with other works.

    Keywords: Topological insulator, Density functional theory, Band gap
  • Mahdi Kazazi*, Mohsen Farahani, Babak Mazinani Pages 12-23

    Mesoporous manganese oxide nanoparticles were prepared using SBA-15 hard silica template (SBA-MnO2) and were investigated as electrode material for electrochemical pseudocapacitors. Also, for comparison, mesoporous manganese oxide nanoparticles were prepared using pluronic P123 copolymer as a soft template (P123-MnO2). Structural and morphological characterizations of the prepared manganese oxide nanostructured materials were conducted using X-ray diffraction (XRD), nitrogen absorption/desorption test, scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). In addition, electrochemical investigations of the electrode materials were performed using cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge-discharge (GCD) examinations. The results showed that the SBA-MnO2 active material has a higher specific capacitance (1200 F g-1 in a current density of 1 A g-1) than the P123-MnO2 material (1200 F g-1 in a current density of 1 A g-1) due to its higher specific surface area and more porous structure. Therefore, the mesoporous SBA-MnO2 active material can be introduced as a potential electrode material for high-performance electrochemical capacitors.

    Keywords: Electrochemical capacitors, MnO2, mesoporous, SBA-15, P123
  • Masih Darbandi*, Amin Moghaddasfar Pages 24-37

    In recent years, the synthesis of nanoparticles via the green method attracted more attention from scientists regarding environmental problems. In this work, mesoporous cobalt oxide (Co3O4) nanoparticles (NPs) have been synthesized by the sonochemistry method in the presence of Deep Eutectic Solvent (DES). The effect of DES has been investigated on the morphology of the final product and its photocatalytic performance. Different techniques like XRD, SEM, and nitrogen adsorption-desorption are used to characterize the NPs regarding their crystallinity, structure, and porosity. To investigate the effect of DES, different nanoparticles have been synthesized in the absence of DES and compared with the last sample. The results proved that DES has a considerable effect on the porosity and the size of the nanoparticles. Finally, the performance of the final nanoparticles has been investigated in a sonophotocatalytic process. The Co3O4 NPs synthesized in deep eutectic solvent (DES) exhibited excellent sonophotocatalytic (UV+US) performance, degrading 99.54% of the caffeine in 55 min.

    Keywords: Deep eutectic solvent, Sonochmeical synthesis, Mesoporous, Cobalt oxide nanoparticles, Photocatalyst, Sonophotocatalys
  • Mohammad Ahmadi Daryakani*, Reza Ghasemi, Ahmad Ahmadi Daryakani, MohammadReza Rahimipour Pages 38-51

    In this research, the production process of YSZ powder for thermal spraying by co-precipitation method is presented, which is divided into two main stages. In the first stage, YSZ material is obtained through a series of processes, including preparing a soluble precursor from the salts that make up the YSZ powder based on stoichiometric ratios, hydrolyzing the precursor, filtering the precipitates, drying the precipitates, and calcining them. After various tests and confirmation of the chemical composition, phase composition, and purity of the synthesized YSZ powder, the first stage is completed. In the second stage, the produced powders undergo the granulation process to increase their flowability and thermal sprayability. Following the completion of the second synthetic stage, YSZ powder is ready for use in thermal barrier coatings. The synthesized powder closely resembles the highly regarded Metco 204NS-G powder, known for its superior performance and final coating structure.

    Keywords: YSZ powder, co-precipitation method, granulation
  • Behrouz Shahbahrami*, Naser Ehsani, Aliakbar Mohammadzadeh Pages 52-64

    : TaC-HfC composites with various contents of tantalum carbide powder (0, 10, 20, 25 and 30 vol.%) were prepared via pressure less method and sintered at 2200, 2300 and 2400 °C. Physical and mechanical properties of the samples including density, hardness, modulus elastic and microstructure were investigated. In this research, it was found that density increases by rising tantalum carbide percentage in hafnium carbide-based composite and increasing sintering temperature, so that relative density changes from 52.8% in zero vol.% TaC composite to 64.55% in 30 vol.% of it at 2200 °C sintering temperature. Also, the hardness of the samples increased as the sintering temperature and tantalum carbide additives increased. The highest value of the hardness obtained as 26 GPa for the HfC-25 vol.% TaC composite sintered at 2400 °C. Microstructure studies showed less porosity and more density by sintering the composite at higher temperature and TaC content.

    Keywords: Tantalum carbide, Hafnium carbide, Pressure less sintering, Solid solution
  • Mehri Mashhadi*, Farhad Farhang Rad Pages 65-91

    As a result of their low weight and significant physical, mechanical and ablation behaviors, the carbon fabric composites and reinforced felt with ultrahigh temperature ceramics (UHTCs) have become the focus of aerospace industries. In this research, carbon fabric composites and resin have been used as matrix and the combination of ZrB2 76 wt%, ZrC 10 wt%, SiC 10 wt% powders as reinforcement and B4C 4% powder has been utilized as additive the mixture of mentioned powders with weight ratio of 25, 50, 75 precent was splashed on the carbon fabric and felt layers. for comparison, samples of 100% ceramic powder and 100% carbon fabric and felt were made as control samples. When the samples become dried up, they were pressed and sintered by pressureless sintering method. The results indicated that increasing the amount of powders led to samples density and shrinkage increase. The highest density is related to the sample without carbon fabric and felt with a relative density of 98.5. Also, the porosity decreased with the increase in the weight percentage of the powder, and the lowest porosity is related to the sample without carbon fabric and felt with a value of 0.5%. In this research, it was found that the lowest linear oxidation is related to the sample containing 75% ceramic powder in the carbon fabric group with a value of 3.17×10-2  (s ) in the felt group.   mm s )  and the sample containing 75% powder with a value of 3.61×10-2 ( mm.

    Keywords: carbon, carbon composite, UHTC composites, ZrB2-ZrC-SiC composites, carbon fabric, felt, oxidation
  • Ebrahim Mohammadi-Manesh*, Noushin Salimi, Hossein Danafar Pages 92-109

    In this study, Fe3O4/SiO2/GO nanocomposites were investigated as a pH-responsive nanocarrier for the loading and release of the anticancer drug curcumin. Fe3O4/SiO2/GO nanoparticles were synthesized by thermal treatment method and characterized and drug delivery properties were investigated using VSM, FTIR, SEM, UV-visible, EDX, and, TEM techniques. The size of Fe3O4/SiO2/GO nanocomposites was about 56 nm. The X-ray diffraction pattern results of Fe3O4/SiO2/GO nanocomposite showed the presence of crystalline, cubic, and tetragonal phases with a crystal size of 14.79 nm, and the VSM results showed the ferromagnetic behavior at room temperature .The results of FTIR analysis and SEM images before and after drug loading confirmed the functionalization of nanocomposites with curcumin. The loading capacity of curcumin on the surface of Fe3O4/SiO2/GO nanocomposites was approximately 19.21%. The curcumin release from nanocarriers increased from 28% to 68% by changing pH from 7.4 to 4.8. Results of the MTT test showed that nanocarriers are significantly toxic on U87 cell lines in a dose-dependent manner, while they are relatively safe for human fibroblast cells.

    Keywords: Thermal treatment method, Nanocarrier, Magnetic, Graphene oxide, Curcumin, Drug Delivery