فهرست مطالب

مواد و فناوری های پیشرفته - سال نهم شماره 4 (زمستان 1399)

مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال نهم شماره 4 (زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مریم وعیدی، امین ربیعی زاده* صفحات 1-11
    در این پژوهش، خواص قطعات تولید شده از نانوکامپوزیت Al2O3-B4C، مورد بررسی قرار گرفت. پودر نانوکامپوزیت Al2O3-B4C، از پودرهای آلومینیوم، اکسید بور و کربن، از طریق آلیاژسازی مکانیکی و سپس، سنتز خوداحتراقی دما-بالا، سنتز شد. برای تولید قطعات، پودر نانوکامپوزیت تولیدی، به روش پرس گرم، در دماهای 1400، 1500 و 1600 درجه سلسیوس، تف جوشی شد. مشخصه یابی نمونه های پودری و قطعات تولید شده، با استفاده از پراش سنجی پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی، انجام شد. نتایج پراش سنجی پرتو ایکس، نشان داد که حین فرایند مکانیکی-شیمیایی، هیچ گونه تغییر فازی، رخ نمی دهد، بلکه کاهش اندازه ذرات پودرها و اختلاط مناسب آنها، سبب ترغیب فرایند سنتز خوداحتراقی و ایجاد محصول می شود. بهترین نتایج، برای قطعه تف جوشی شده در دمای °C 1500، با سختی GPa 6/19، چگالی نسبی 99/4 % و چقرمگی شکست MPa.m1/2 6/7 بدست آمد. همچنین، با افزایش دمای تف جوشی به C ° 1600 و افزایش چگالی، سختی قطعه، به دلیل رشد دانه ها، کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، آلومینا-کاربید بور، آلیاژ سازی مکانیکی، سنتز خوداحتراقی، پرس گرم
  • امیره جلالی، مهدی رئوفی، فردین نعمت زاده* صفحات 12-20
    هدف از این پژوهش، یافتن روش پوشش دهی نوین، جهت کاهش هزینه های اقتصادی، برآوردن نیاز صنایع دریایی به پروانه های کشتی با استحکام بالا و افزایش طول عمر این قطعات در هنگام کار در محیط آب دریا است. بدین منظور، پودر کانی حاوی ترکیبی از آهن و تیتانیوم (TM) آسیاکاری شده، به روش پاشش حرارتی سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF)، روی سطح زیرلایه آلیاژ نایبرال، پوشش داده شد. برای ارزیابی خواص پوشش، از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، ریزسختی سنجی و زبری سنجی، استفاده شد. همچنین، ارزیابی رفتار تریبولوژی زیرلایه و پوشش، با استفاده از آزمون سایش پین روی دیسک، تحت بار 10 نیوتن و مسافت 1000 متر، در دمای محیط، انجام گرفت. نتایج حاصل از مشخصه یابی پودر، نشان دهنده توزیع مناسب اندازه ذرات و وجود فازهای حاوی عناصر آهن و تیتانیوم در پودر است. بر این اساس، بلورینگی و پایداری فازی پودر در پوشش، با حضور فازهای CuFe2O4، Fe3O4 و Fe2.6O4Ti0.52 تقویت شد. نتایج، نشان داد که سرعت بالای پرتاب ذرات به هنگام پاشش و متراکم بودن ساختار پوشش، باعث افزایش چسبندگی پوشش به زیرلایه، کاهش تخلخل و افزایش سختی پوشش می شود. این پوشش، با نرخ سایش کمتر نسبت به زیرلایه، موجب افزایش مقاومت به سایش چشمگیری در نمونه شد.
    کلیدواژگان: آلیاژ نایبرال، پاشش حرارتی HVOF، پودر معدنی TM
  • فاطمه صداقتی*، فائضه ثمری، مژگان کمالی صفحات 21-33
    در دهه گذشته، موارد فراوانی از روش های شیمیایی اصلاح شده، برای سنتز سبز نانومواد، گزارش شده است. در این مطالعه، نظر به خواص قابل توجه نانومواد و مباحث زیست محیطی، روشی سریع و زیست سازگار، به صورت گزینه ای جدید، برای سنتز نانوذرات اکسید مس، با استفاده از عصاره گیاه سلمک، به عنوان یک عامل احیاکننده قابل تجدید پذیر و غیرسمی و پایدارکننده ای موثر، معرفی شد. قابل ذکر است که روش کنونی سنتز، می تواند امکان تولید سریع، ارزان و با راندمان بالای نانوذرات اکسید مس را با ریخت شناسی کروی (135 نانومتر)، در دما و فشار محیط، فراهم کند. بهینه سازی معیارهای مهم در تشکیل نانو ذرات اکسید مس، نظیر pH، غلظت یون مس، مقدار عصاره، زمان و دما، بررسی شد. تشکیل نانوذرات اکسید مس، با آزمونهای طیف سنجی جذبی فرابنفش- مریی، پراش پرتو ایکس، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و میکروسکوپ الکترونی عبوری، تایید شد. به دلیل پایداری خوب و فعالیت کاتالیزوری زیاد نانوذرات اکسید مس سنتزشده، از آن ها، برای تخریب رنگ های متیلن بلو و رودامین بی، به عنوان آلاینده های رنگی آب، در حضور سدیم بوروهیدرید، در دمای اتاق، استفاده شد. فرایند واکنش، از طریق اندازه گیری های جذب فرابنفش- مریی، در فواصل منظم زمانی، دنبال شد. کاهش متیلن بلو و رودامین بی، مطابق شرایط واکنش، به ترتیب در مدت زمان 8 و 52 دقیقه، انجام شد.
    کلیدواژگان: سنتز سبز، نانوذرات اکسید مس، آلاینده های رنگی، کاتالیزور، محیط زیست
  • عاطفه درخشانی، سعید حصارکی*، نادر نظافتی، محمود اعظمی صفحات 34-45

    هدف از این مطالعه، تهیه داربست هایی بر پایه هیدروکسی اتیل سلولز/هیالورونیک اسید، با و بدون حضور ژلاتین و مقایسه آنها، برای ترمیم زخم های سوختگی درجه دو سطحی است. داربست ها، از محلول آبی پلیمرهای ذکر شده و به روش خشک کردن انجمادی، تهیه شدند. بررسی ریزساختاری با میکروسکوپ الکترونی روبشی، نشانگر میانگین اندازه حفرات 120 و 98 میکرومتر، به ترتیب برای داربست های فاقد ژلاتین و دارای ژلاتین بود. بر اساس نتایج ریولوژی، در تمامی نمونه ها، همواره مقدار مدول اتلاف، بیشتر از مدول ذخیره بود و محلول های تهیه شده، جریان پذیر بودند. تمامی نمونه ها، در بسامدهای کم، دارای رفتار رقیق برشی و در بسامدهای بالاتر از     s-1 100، رفتار عکس، از خود نشان دادند. با افزودن ژلاتین، اندازه هر دو مدول اتلاف و ذخیره، افزایش یافت. آزمون جذب مایع و کاهش وزن نمونه ها، توانایی زیاد داربست ها را در میزان جذب تا بالای 3000 درصد، نشان داد. افزودن ژلاتین، موجب افزایش زمان فروپاشی شبکه، تا 2 ساعت و کاهش نرخ تخریب داربست ها شد. آزمون سمیت سلولی، نشانگر زنده مانی بیش از 80 درصد سلول های فیبروبلاست مجاور نمونه ها (در مقایسه با نمونه های کنترل) بود؛ ضمن اینکه حضور ژلاتین، بر فعالیت متابولیکی سلول ها، تاثیر مثبت داشت و موجب افزایش سرعت تکثیر سلول ها شد. نتایج آزمون خراش، توانایی داربست ها را در افزایش سرعت مهاجرت سلولی، نسبت به نمونه کنترل، نشان داد. داربست هیدروکسی اتیل سلولز/هیالورونیک اسید/ژلاتین، به علت حضور ژلاتین و تاثیر آن در افزایش بیشتر سرعت مهاجرت سلول ها که نشانگر شکل گیری سریع بافت پوششی اپی تلیوم بود، انقباض زخم را طی 24 ساعت، به 73 درصد رساند.

    کلیدواژگان: هیدروکسی اتیل سلولز، هیالورونیک اسید، ژلاتین، زخم سوختگی، داربست
  • سید محسن موسوی نژاد* صفحات 46-57

    در این تحقیق، رسوب دهی الکتروشیمیایی آنتیموان از محلول سولفیدی قلیایی مطالعه شد. اثر دما (بازه دمایی 45 تا 65 درجه سلسیوس) و زمان الکترولیز (صفر تا 6 ساعت) بر میزان بازیابی آنتیموان، بازدهی جریان و انرژی مخصوص بررسی شد. همچنین سینتیک رسوب دهی شیمیایی مطالعه و از نتایج آن برای توسعه الگوی ریاضی استفاده شد. نتایج نشان می دهد که افزایش دمای الکترولیز باعث کاهش بازیابی آنتیموان، کاهش بازدهی جریان و همچنین افزایش مصرف انرژی می شود. آزاد شدن گاز هیدروژن در کاتد در غلظت های پایین آنتیموان در محلول و همچنین انجام واکنش های ناخواسته در مجاورت آند و کاتد، باعث مصرف جریان الکتریکی می شود و بازدهی جریان و بازیابی آنتیموان را کاهش می دهد. بیشترین بازیابی آنتیموان در دمای 45 درجه سلسیوس و در 6 ساعت، 70 درصد وزنی و بیشترین بازدهی جریان در همان دما و پس از یک ساعت الکترولیز، به میزان 90 درصد به دست آمد. مقدار انرژی مصرفی برای رسوب یک کیلوگرم آنتیموان در بازه دمایی آزمایش ها، 35/1 تا 28/2 کیلووات ساعت بود. همچنین، کمترین میزان انرژی مصرفی، مربوط به دمای 45 درجه سلسیوس بود. بررسی های سینتیکی نشان م ی دهد که معادله اویلر- اروفیف می تواند با دقت بالایی در تخمین میزان بازیابی آنتیموان برحسب زمان و دما استفاده شود.

    کلیدواژگان: بازیابی آنتیموان، رسوب دهی الکتریکی، محلول سولفیدی قلیایی، اثر دما، سینتیک
  • محمدرضا واعظی*، ثریا میرمحمدصادقی، اصغر کاظم زاده صفحات 58-68

    در این پژوهش، نانوالیاف الکتروریسی شده TiO2/PVP با استفاده از دو نوع جمع کننده ی صفحه تخت ساکن و استوانه چرخان تهیه شدند و اثر نوع جمع کننده و غلظت پلیمر PVP در محلول سلTIP/PVP (3، 5 و 7 درصد وزنی) بر ریخت شناسی نانوالیاف تهیه شده، به کمک تصاویر SEM و تعیین میانگین قطر نانوالیاف و انحراف معیار آن ها، بررسی شدند. سرعت چرخش استوانه برای همه نمونه های تهیه شده با آن 500 دور در دقیقه بود، درحالی که دیگر شرایط الکتروریسی اعم از ولتاژ، سرعت تزریق، فاصله نوک سوزن تا سطح جمع کننده و نوع سوزن برای هر جفت از نمونه های تهیه شده از هریک ازمحلول های سل و دو نوع جمع کننده یکسان بود. میانگین قطر نانوالیاف TiO2/PVP تولید شده با استوانه چرخان و انحراف معیار آن از 58 ± 144 نانومتر (از سل حاوی 3 درصد وزنی PVP و تحت ولتاژ 10 کیلو ولت) به 71 ± 122 نانومتر (از سل حاوی 5 درصد وزنی PVP و تحت ولتاژ 15 کیلو ولت) کاهش نشان داد که به مراتب کمتر از نمونه های مشابه تولید شده با صفحه تخت ساکن بودند. با افزایش غلظت پلیمر به 7 درصد وزنی، میانگین قطر نانوالیاف TiO2/PVP تولید شده با استوانه چرخان و صفحه تخت ساکن به ترتیب 135 ± 292 و 122 ± 258 نانومتر به دست آمد. این نتایج نشان می دهد که با افزایش غلظت پلیمر در محلول سل TIP/PVP، باید سرعت چرخش استوانه جمع کننده را متناسب با آن افزایش داد تا بتوان نانوالیاف با قطر مورد نظرتولید کرد.

    کلیدواژگان: الکتروریسی، نانوالیاف TiO2، PVP، استوانه چرخان، صفحه تخت ساکن، ریخت شناسی
  • هادی سالاری صفحات 69-75

    کاتالیست های بر پایه نیکل، در فرایندهای پالایشگاهی و پتروشیمی استفاده می‌شوند. این کاتالیست‌ها پس از چندین بار احیاء و استفاده مجدد، به‌صورت کاتالیست های مستعمل در طبیعت رها می‌شوند که این کار علاوه ‌بر مخاطرات زیست‌محیطی، از نظر اقتصادی هم؛ به دلیل وجود فلز با ارزش نیکل؛ توجیه اقصادی ندارد. عموما برای استخراج نیکل، از روش‌های هیدرومتالورژی استفاده می‌شود که سخت و گران هستند. باتوجه ‌به کمبود قابل‌توجه معادن کانی نیکل، استفاده از این منابع ثانویه کاملا حایز اهمیت است. در این پژوهش، امکان بازیابی نیکل از کاتالیست های مستعمل، مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا، این کاتالیست‌ها کک زدایی شدند و سپس تاثیر سه اسید مختلف در فروشویی نیکل، مورد مطالعه قرار گرفت. پارامترهای مختلف، از قبیل دما، سرعت هم زدن، نسبت محلول به جامد، اندازه ذرات و غلظت اسید، مورد بررسی قرار گرفتند. پس از فروشویی کامل نیکل، خالص‌سازی نیکل به‌صورت رسوب‌دهی گزینش پذیر نیکل هیدروکسید انجام شد.

    کلیدواژگان: کاتالیست، فروشوئی نیکل، بهینه سازی
|
  • Maryam Vaeedi, Amin Rabiezadeh * Pages 1-11
    In this study, the properties of Al2O3-B4C synthesized nanocomposite components were investigated. The Al2O3-B4C nanocomposite powder was synthesized from aluminum, boron oxide, and graphite powders via mechanical alloying route, followed by self-propagation high-temperature synthesis (SHS). In order to produce bulk parts, the nanocomposite powder was sintered by hot pressing at 1400, 1500, and 1600 °C. Characterization of powder samples and bulk parts was performed using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The results of the X-ray diffraction analysis showed that no phase change occurs in the mechanochemical process, instead, the reduction of particle size and proper mixing of the powders encourages the SHS process and product formation. The best results were obtained to the bulk part that sintered at a temperature of 1500 °C with a hardness of 19.6 GPa, 99.4 % relative density, and 6.7 MPa.m1/2 toughness. Also, as the sintering temperature rises to 1600 °C and the density increases, the hardness of the part decreases due to grain growth.
    Keywords: nano-composite, Alumina-Boron Carbide, mechanical alloying, Self-Propagation High-Temperature Synthesis (SHS), Hot press
  • Amireh Jalali, Mehdi Raoufi, Fardin Nematzadeh * Pages 12-20
    The purpose of this investigation is to find a new coating method to reduce economic costs, meet the needs of the marine industry to high-strength ship propellers and increase the lifetime of these pieces during the operation in seawater. For this purpose, milled TM mineral powder (containing a combination of iron and titanium) was coated on the surface of a Nibral alloy substrate by high-speed oxygen fuel (HVOF) thermal spraying process. The coating properties were evaluated using X-ray diffraction (XRD), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), microhardness, and roughness analysis. Also, the tribological behaviour of the substrate and the coating was evaluated using the pin on disk wear test under a 10 N load and a distance of 1000 m at ambient temperature. The results of powder characterization indicate the suitable particle size distribution and the presence of phases containing iron and titanium elements in the powder. Accordingly, the crystallinity and phase stability of the powder in the coating were enhanced by the presence of CuFe2O4, Fe3O4, and Fe2.6O4Ti0.52 phases. The results showed that the high velocity of throwing particles during spraying and the density of the coating structure caused the increase of the coating adhesion to the substrate, the decrease of porosity and the increase of hardness of the coating. This coating, with a lower wear rate than the substrate, significantly increased the wear resistance of the specimen.
    Keywords: Nibral Alloy, HVOF Thermal Spray, TM Mineral Powder
  • Fatemeh Sedaghati *, Fayezeh Samari, Mojgan Kamali Pages 21-33
    In the last decade, many cases of modified chemical processes for the green synthesis of nanomaterials have been reported. Considering the remarkable properties of nanomaterials and environmental issues, a rapid and biocompatible approach as a new option for the synthesis of copper oxide nanoparticles (CuO-NPs) using Chenopodium album )C.album(leaf extract, as a renewable and non-toxic reducing agent and an effective stabilizer, was presented in this study. It is noteworthy that the current synthesis process can provide the possibility of rapid, cheap, and high efficiency production of CuO nanoparticles with a spherical morphology (135 nm) at ambient temperature and pressure. Optimization of important parameters in the formation of CuO-NPs, such as pH, copper ion concentration, the quantity of leaf extract, and incubation time and temperature was examined. The formation of CuO-NPs was confirmed by UltraViolet-Visible (UV–Vis) spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform InfraRed (FT-IR) spectroscopy, and Transmission Electron Microscopy (TEM). Owing to the good stability and superior catalytic activity of the synthesized CuO-NPs, they were used to degrade methylene blue (MB) and rhodamine B (RhB) dyes as water colour contaminants in the presence of NaBH4 at room temperature. The reaction process was monitored using UV-visible measurements at regular intervals. According to the reaction conditions, reduction of MB and RhB occurred at 8 min and 52 min, respectively.
    Keywords: Green synthesis, Copper oxide nanoparticles, Dye pollution, Catalyst, Environment
  • Atefe Derakhshani, Saeed Hesaraki *, Nader Nezafati, Mahmoud Azami Pages 34-45

    The purpose of this study was to prepare and compare a hydroxyethyl cellulose/hyaluronic acid (HEC/HA)-based scaffold with and without gelatin for the treatment of second-degree partial-thickness burns. The scaffolds were prepared by freeze-drying method from the aqueous solutions of the mentioned polymers. Microstructural examination by scanning electron microscopy (SEM) indicated the average pore size of 120 and 98 µm for the gelatin-free and gelatin-containing scaffolds, respectively. According to the dynamic rheology measurements (DMA), all the solutions were flowable in which, the loss modulus was higher than the storage one. Moreover, the solutions revealed shear-thinning behaviour at low frequencies, which changed to shear thickening at frequencies higher than 100 s-1. Both loss and storage modulus increased by adding gelatin to the polymer solutions. The scaffolds water uptake was up to 3,000%. The addition of gelatin to the HA/HEC solution increased the polymer network collapse up to 2 hours and led to reducing the scaffolds degradation rate. Cytotoxicity assay in the presence of the scaffolds showed that more than 80 % of the fibroblast cells were viable (compared to the control group), meanwhile, the presence of  gelatin had a positive effect on the metabolic activity of the cells and increased the rate of cell proliferation.  Scratch test results showed the ability of scaffolds to increase the cell migration rate compared to the control sample. The hydroxyethyl cellulose/hyaluronic acid/gelatin scaffold due to the presence of gelatin and improved the cell migration, which indicating the rapid re-epithelialization, reduced wound contraction to   73 % within 24 hours.

    Keywords: Hydroxyethyl Cellulose, Hyaluronic acid, Gelatin, Burn wound, Scaffold
  • Seyyed Mohsen Moosavi Nejad * Pages 46-57

    In this research, the electrodeposition of antimony was studied in alkaline sulfide solution. The effect of time and temperature of electrowinning step on antimony recovery, current efficiency and specific energy in the temperature range of 45-65 °C for 0-6 h was investigated. Furthermore, the kinetics of electrodeposition was studied, and the results were used in developing mathematical model. Results show that increasing the temperature of electrowinning decreases antimony recovery, current efficiency and increases energy consumption. Hydrogen evolution at the cathode at low concentration of antimony in the solution and occurrence of harmful reactions at the electrodes lead to energy consumption and decrease current efficiency and antimony recovery. Maximum antimony recovery was 70 % after 6 h electrodeposition at 45 °C and maximum current efficiency was 90 % after one hour electrodeposition at the same temperature. The energy consumed per one kilogram of deposited antimony in the temperature range of the experiments was in the range of 1.35-2.28 kWh. Minimum value of consumed energy was achieved at 45 °C. The kinetic investigation shows that Avrami- Erofeyev equation can be used for prediction of antimony recovery with high accuracy.

    Keywords: Antimony Recovery, Electrodeposition, Alkaline Sulfide Solution, Temperature effect, Kinetic
  • Mohammad Reza Vaezi *, Sorayya Mirmohammad Sadeghi, Asghar Kazemzadeh Pages 58-68

    Abstract     In this research work, electrospun TiO2/PVP nanofibers were prepared by using two different collectors, i.e., flat stationary plate and rotating drum. The effects of these collectors in conjunction with polymer concentration in TIP/PVP sol solutions (i.e., 3, 5, and 7 wt. %) were investigated on morphologies of the as-spun TiO2/PVP composite nanofibers. SEM micrographs were used for determination of the average  nanofiber diameters and their standard deviations (SDs). Rotating speed of the collecting drum was set at 500 rpm for all samples prepared by it, while other electrospinning parameters (i.e., applied voltage, flow rate, tip-to-collector distance, and needle gage) were the same for the counterpart samples prepared from each of sol solutions by two types of collectors, throughout the experiment. It was observed that TiO2/PVP nanofibers electrospun by rotating drum have average diameters and SD of 144 ± 58 nm (from sol solution with 3 wt. % PVP at applied voltage of 10 kV) and 122 ± 71 nm (from sol solution with 5 wt. % PVP at applied voltage of 15 kV). These magnitudes were pretty much lower than the average diameters of TiO2/PVP nanofiber prepared by a flat stationary plate. The average diameters of TiO2/PVP nanofiber prepared by flat stationary plate and rotating drum were 258 ± 122 and 292 ± 135 nm, respectively when polymer concentration in TIP/PVP sol solution increased to 7 wt. %. It is clearly shown that by increasing polymer concentration in electrospinning solution, the average diameter of the electrospun TiO2/PVP nanofibers increased, afterward. Therefore, rotational speed of collecting drum should be increased rationally if there is a need for preparation of finer electrospun nanofibers.

    Keywords: Electrospinning, TiO2, PVP Nanofibers, Rotating drum, flat stationary Plate, morphology
  • Hadi Salari Pages 69-75

    Nickel-based catalysts are used in refining and petrochemical processes. After being regenerated and reused several times, these catalysts are released as used catalysts in nature, which, in addition to environmental risks, are not economically viable due to the presence of the precious metal nickel. Hydrometallurgical methods are commonly used to extract nickel, which is difficult and expensive. Due to the significant shortage of nickel mines, the use of these secondary resources is quite important. In this study, the possibility of nickel recovery from used catalysts has been investigated. Initially, the cokes were removed, and then the effects of three different acids on nickel leaching were investigated. Various parameters such as temperature, mixing speed, liquid to solid ratio, particle size, and acid concentration were investigated. After the complete leaching of nickel, nickel purification was performed by selective nickel hydroxide precipitation.

    Keywords: Catalysts, Ni leaching, optimization