فهرست مطالب
فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهلم شماره 3 (پاییز 1400)
- تاریخ انتشار: 1400/09/30
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-16
با توجه به پایین بودن نرخ آبکاری حمام های الکترولس نیکل- فسفر و نیاز به زمان بیشتر برای ایجاد پوشش بر سطح قطعه، تکنیکی جدیدی به نام پوشش دهی الکترولس به روش گرمایش موضعی زیرلایه که مبتنی بر اصلاح پارامتر دمایی این نوع حمام است، معرفی و مزیت آن نسبت به آبکاری با روش متداول بیان شده است. به منظور ایجاد تجهیزات مناسب برای عملیاتی کردن این ایده و پس از مطالعات لازم از سیستم مقاومت الکتریکی برای حرارت دادن پایه، از روش دمش هوا و سیستم آبگرد سرد کننده بدنه حمام به ترتیب برای کنترل دمای نزدیک قطعه و محلول و دمای سرتاسری محلول استفاده شد. با توجه به توان هیتر 1000 واتی مورد استفاده، به ترتیب دمای زیرلایه و دمای سرتاسری محلول حدود 190 و 80 درجه سانتی گراد حاصل شد. در مقایسه با نرخ حدودی 20 میکرومتر بر ساعت در دمای 90 درجه سانتی گراد و 4/7 = pH در روش متداول آبکاری الکترولس، نتایج این مطالعه نشان داد که نرخ آبکاری می تواند تا حدود 60 درصد نسبت به روش معمول افزایش یابد و به حدود 32 میکرومتر بر ساعت برسد. علاوه بر افزایش نرخ آبکاری، مزیت هایی همچون امکان آبکاری موضعی قطعات، کاهش هزینه های آبکاری و امکان ایجاد پوشش تغییر گرادیانی خواص به صورت ترکیبی و ضخامتی در روش معرفی شده وجود دارد.
کلیدواژگان: الکترولس، پوشش نیکل- فسفر، سیستم گردش آب، نرخ آبکاری، گرمایش موضعی زیرلایه -
صفحات 17-28
به دلیل افزایش نیاز بشر به منابع انرژی پاک، فناوری سلول های خورشیدی با سرعت زیادی در حال گسترش است. از جمله مهم ترین چالش ها در ساخت سلول های خورشیدی پروسکایت، عدم وجود یک ماده انتقال دهنده موثر حفره با پایداری و قیمتی مناسب است. نیمه هادی های نوع P غیرآلی مانند نیکل اکسید در مقایسه با انتقال دهنده های حفره آلی از نظر قیمتی بسیار مقرون به صرفه هستند. علاوه بر این، ویژگی هایی از قبیل گاف انرژی پهن، رسانندگی بالا، پایداری و مقاومت در برابر رطوبت و فرایند ساخت بر پایه محلول، این انتقال دهنده حفره غیرآلی نانوساختار را به عنوان گزینه مناسبی برای جایگزینی مواد آلی تبدیل کرده است. هدف از انجام پژوهش حاضر ارزیابی مشخصات و مکانیزم نیکل اکسید به عنوان انتقال دهنده حفره در ساختار سلول خورشیدی پروسکایتی نانوساختار به صورت معکوس و با استفاده از لایه محافظ میانی فولرین است. برای سلول های خورشیدی با این ساختار فاکتور پرشوندگی حدود 71 درصد و چگالی جریان 21/5 میلی آمپر بر سانتی متر مربع و ولتاژ مدار باز 1000 میلی ولت و بازده 15/2 درصد به دست آمد.
کلیدواژگان: سلول خورشیدی پروسکایتی، لایه انتقال دهنده حفره، نیکل اکسید، لایه محافظ میانی فولرین -
صفحات 29-42
در تحقیق حاضر لایه نازک کربن آمورف با استفاده از روش کندوپاش پرتوی یونی بر شیشه و آلیاژ نیکل- مس ایجاد و همبستگی تحولات ساختاری کربن آمورف با انرژی جنبشی اتم های کربن در مرحله تشکیل پیوند با اتم های دیگر بررسی شده است. تاثیر جنس زیرلایه، دمای انباشت و انرژی پرتوی یون بر تحولات ساختاری لایه های انباشت شده نیز بررسی شده است. نتایج بررسی طیف سنجی رامان نشان دهنده تحولات ساختاری لایه نازک کربن آمورف به سمت کربن شبه الماسی (DLC) با افزایش دمای انباشت تا 100 درجه سانتی گراد و انرژی پرتوی یون از دو به پنج کیلوالکترون ولت است. اندازه خوشه های گرافیتی با پیوند sp2 کوچک تر از یک نانومتر در لایه های کربن آمورف انباشت شده بر آلیاژ نیکل- مس است. نتایج محاسبه تنش پسماند با استفاده از دستگاه پراش پرتوی ایکس (XRD) نشان دهنده روند کاهشی میزان تنش پسماند کششی لایه نازک کربن آمورف با افزایش انرژی پرتوی یون است.
کلیدواژگان: لایه نازک، کربن آمورف، انرژی پرتوی یون، دمای انباشت، تحولات ساختاری، کربن شبه الماسی -
صفحات 43-59
آلیاژهای تیتانیوم شبه پایدار بتا دارای قابلیت دستیابی به ریزساختارهای متنوع به وسیله چرخه های مختلف عملیات حرارتی هستند. هدف از پژوهش حاضر، ایجاد ترکیبی از رسوبات آلفای کروی و سوزنی شکل ریز در آلیاژ تیتانیوم شبه پایدار بتا Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr با استفاده از آنیل انحلالی در منطقه دوفازی α+β و پیرسازی برای بهبود خواص کششی آن است. به این منظور، روی تسمه ای از این آلیاژ عملیات حرارتی آنیل انحلالی در منطقه دوفازی α+β در دمای 750 درجه سانتی گراد انجام شد. سپس عملیات پیرسازی تک مرحله ای روی تعدادی از نمونه های آنیل انحلالی شده، در دماهای 500، 550 و 600 درجه سانتی گراد انجام گرفت. همچنین تعداد دیگری از نمونه های آنیل انحلالی شده، تحت عملیات پیرسازی دو مرحله ای شامل پیرسازی مرحله اول در دمای 300 درجه سانتی گراد و پیرسازی مرحله دوم در دماهای 500، 550 و 600 درجه سانتی گراد قرار گرفتند. سپس تحولات ساختاری آلیاژ به وسیله میکروسکوپ الکترونی و الگوی پراش پرتوی ایکس و ارزیابی خواص کششی به وسیله آزمایش کشش سرد بررسی شد. نتایج نشان داد که ریزساختار آلیاژ پس از آنیل انحلالی در منطقه دوفازی α+β دارای فاز آلفای اولیه کروی با اندازه یک میکرومتر در زمینه بتا است. پیرسازی تک مرحله ای در دمای 550 درجه سانتی گراد پس از آنیل انحلالی α+β منجر به تشکیل لایه های ریز آلفای ثانویه به ضخامت میکرومتر 0/2 شد. این چرخه عملیات حرارتی، منجر به دستیابی به استحکام تسلیم 1120 مگاپاسکال و انعطاف پذیری 13/7 درصد شد. انجام پیرسازی دو مرحله ای در دمای 300 درجه سانتی گراد و سپس در دمای درجه 550 سانتی گراد، منجر به کاهش ضخامت آلفای ثانویه به 0/1 میکرومتر و افزایش استحکام تسلیم و انعطاف پذیری به ترتیب به 1190 مگاپاسکال و 14/8 درصد شد.
کلیدواژگان: آلیاژ Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr، آنیل انحلالی دوفازی، پیرسازی دومرحله ای، ریزساختار، خواص کششی -
صفحات 61-78
یکی از چالش های تهیه کامپوزیت های پلیمر/ سرامیک، عدم توزیع یکنواخت ذرات سرامیکی در ماتریس پلیمری است. در این مطالعه تاثیر دو عامل دما و زمان بر توزیع ذرات هیدروکسی آپاتیت در ماتریس پلی(لاکتیک اسید) بررسی شد. بدین منظور، سه دمای 25، 37 و 45 درجه سانتی گراد و چهار زمان 6، 12، 24 و 48 ساعت برای اختلاط سوسپانسون سرامیکی با محلول پلیمری درنظر گرفته شد. از آنالیز طیف سنجی مادون قرمز با تبدیل فوریه برای ارزیابی کامپوزیت ها استفاده شد که نشان داد که تشکیل پیوندهای فیزیکی مانند کربوکسیل-کلسیم- کربوکسیل بین هیدروکسی آپاتیت و زمینه پلیمر، بر نحوه پراکندگی ذرات تاثیر داشت. از تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتوی ایکس برای مشاهده توزیع ذرات و تعیین میزان همگنی نمونه ها استفاده شد. بدین منظور ابتدا تصاویر حاصل از طیف سنجی انرژی پراش پرتوی ایکس که نقشه حضور کلسیم را ارایه می دهد؛ به نه بخش مساوی تقسیم و از روش جدیدی بر پایه فاکتور توزیع (α) برای محاسبه میزان همگنی نمونه ها استفاده شد. نتایج نشان داد که نمونه تهیه شده در دمای 37 درجه سانتی گراد و مدت زمان 48 ساعت توزیع یکنواخت تری نسبت به دیگر نمونه ها داشت.
کلیدواژگان: هیدروکسی آپاتیت، کامپوزیت، همگنی، انحراف معیار -
صفحات 79-97
علم مهندسی بافت در کنار علم پزشکی به احیا و ترمیم بافت ها و اندام های آسیب دیده می پردازد. هدف اصلی استفاده از داربست ها، بازسازی مجدد بافت های بدن است. انتخاب نوع و جنس داربست به دلیل اینکه درنهایت جایگزین بافت آسیب دیده می شود بسیار مهم است. توسعه مواد داربست کامپوزیتی سرامیک زیست فعال با استحکام مکانیکی بهبود یافته، موضوعی بوده است که مورد توجه مهندسی بافت استخوان قرار گرفته است. در مطالعه حاضر، پس از سنتز پودرهای بتا تری کلسیم فسفات و بریدیجیت به ترتیب با روش های واکنش حالت جامد و سل ژل، داربست کامپوزیتی بیوسرامیکی بتا تری کلسیم فسفات/ بریدیجیت (25، 35 و 45 درصد وزنی بریدیجیت) با شبکه منافذ به هم پیوسته و مناسب برای بازسازی استخوان با استفاده از روش فضاساز ساخته شد. این مقاله به بررسی تاثیر افزودن مقادیر بالای بریدیجیت بر خصوصیات مکانیکی و بیولوژیکی داربست بتا تری کلسیم فسفات می پردازد. ترکیب های فازی، ساختار متخلخل، ویژگی های مکانیکی و ویژگی های زیست فعالی این داربست ها به ترتیب با استفاده از پراش پرتوی ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آزمون های مکانیکی و زیست فعالی بررسی شد. ارزیابی ریزساختاری داربست های کامپوزیتی، منافذ به هم پیوسته با محدوده قطر 600-200 میکرومتر و میانگین اندازه منافذ 421/13 میکرومتر؛ با تخلخل حدود 79-75 درصد را نشان می دهد. نتایج نشان داد که استحکام فشاری داربست های β-TCP/25Bre (7/2 مگاپاسکال) در مقایسه با داربست های (β-TCP/45Bre) (2/0 مگاپاسکال) به دلیل توزیع یکنواخت تر بریدیجیت و عدم آگلومره شدن این فاز در مرزدانه ها بالاتر است. همچنین طبق نتایج زیست فعالی، غوطه وری در محلول شبیه سازی شده بدن منجر به شکل گیری لایه آپاتیت استخوانی به صورت پیوسته روی سطح داربست ها شده است.
کلیدواژگان: مهندسی بافت، بتا تری کلسیم فسفات، بریدیجیت، داربست متخلخل، روش فضاساز
-
Pages 1-16
Regarding to the low rate of conventional Ni-P electroless plating method that needs more time to make a coating on the substrate surface, a new technique called “substrate local heating” was introduced based on the temperature parameter modification and its advantages were expressed and compared to the conventional electroless plating technique (temperature=90°C, pH=4.7). In order to provide necessary equipment making this approach practicable, electrical resistance was used as the heating source, and air injection and cooling water circulation were employed to control the solution temperature near the substrate and in the bulk solution, respectively. Considering the heater power (1000 W), the substrate and bulk temperatures were about 190°C and 80°C, respectively. This novel method could enhance the plating rate up to 32 µm/h which was about 60% greater than that of the conventional method, 20 µm/h. Moreover, benefits such as local plating, reduction of production costs, and formation of functionally graded coatings (FGC) can be achieved.
Keywords: Electroless, Nickel-Phosphorus coating, Water circulation, Plating rate, Substrate local heating -
Pages 17-28
Increased demand for clean energy sources, solar cell technology is expanding rapidly. One of the most critical challenges in constructing perovskite solar cells is the lack of an effective hole transport layer with stability and reasonable price. Inorganic p-type semiconductors such as nickel oxide are very cost-effective compared to organic ones. Features such as wide energy gap, high conductivity, stability and resistance to moisture, and solution-based manufacturing process, make the nanostructured inorganic hole transport layer a viable alternative to organic materials. The purpose of this project was to evaluate the characteristics and mechanism of nickel oxide as a hole transport material and fullerene as an interlayer in the structure of inverted nanostructured perovskite solar cells. These solar cells obtained a fill factor of about 71%, a current density of 21.5 mA/cm2, an open-circuit voltage of 1000 mV, and an efficiency of 15.2%.
Keywords: Perovskite Solar Cells, Hole Transport Material, Nickle Oxide, Fullerene -
Pages 29-42
In this study, the amorphous carbon thin films were deposited by ion beam sputtering deposition method on the glass and Ni–Cu alloy substrates. The structural evolution of amorphous carbon and its correlation with the kinetic energy of carbon atoms during the growth of thin film was investigated. The effect of substrate material, deposition temperature, and ion beam energy on the structural changes were examined. Raman spectroscopy indicated a structural transition from amorphous carbon to diamond-like amorphous carbon (DLC) due to an increase in deposition temperature up to 100°C and ion beam energy from 2 keV to 5 keV. The size of graphite crystallites with sp2 bonds (La) were smaller than 1 nm in the amorphous carbon layers deposited on Ni-Cu alloy. The results of residual stress calculation using X-ray diffractometer (XRD) analysis revealed a decreasing trend in the tensile residual stress values of the amorphous carbon thin films with increasing the ion beam energy.
Keywords: Thin Film, Amorphous Carbon, Ion Beam Energy, Deposition Temperature, Structural Evolution -
Pages 43-59
Metastable beta titanium alloys have the ability to achieve different microstructures as a result of various heat treatment cycles. The aim of the present study was to create a combination of fine spherical and needle-shaped alpha phase in a metastable beta Titanium alloy (Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr) using two-phase solution annealing and aging to improve tensile properties. In this regard, one strip of the alloy was solution annealed in the two-phase region (α+β) at 750°C. Then, some of the solution treated specimens were aged in one step and the others in two steps. The microstructural observation and phase analysis were studied by scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD), respectively followed by investigating tensile properties using tensile test. The results exhibited that the microstructure of the alloy after annealing in the two-phase region (α+β) consisted of a spherical primary alpha phase of 1 μm in the beta matrix. One-step aging at 600°C resulted in a microstructure without secondary alpha layers. This heat treatment cycle resulted a yield strength of 980 MPa and fracture strain of 13.9%. Two-step aging at 300°C and 600°C led to formation of the secondary alpha layers with 0.1 μm thickness and increased the yield strength and fracture strain to 1007 MPa and 15.8%, respectively.
Keywords: Ti-3Al-8Mo-7V-3Cr alloy, Two-phase solution annealing, Two-step aging, Microstructural evolution, Tensile properties -
Pages 61-78
One challenge in preparing polymer/ceramic composites is non-uniform ceramic particles distribution in a polymer matrix. This research evaluated the effect of stirring time and temperature on hydroxyapatite (HA) distribution through (polylactic acid) PLA matrix. Therefore, to mix the ceramic suspension with the polymer solution, three temperatures, namely 25, 37, and 45°C and four times including 6, 12, 24 and, 48 h were examined. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis was used to investigate the bonds, which showed physical bond formation such as carboxyl-calcium-carboxyl between HA and polymer matrix, influenced on particles distribution. Scanning electron microscopy (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used to observe particles distribution and determine samples homogeneity. To fulfill this goal, each obtained photograph representing the calcium presentation was split into nine equal sections, and a method based on the newly defined index called dispersion factor “α” was used to analyze the distribution. Results showed that the sample prepared at 37°C and 48 h had the topmost homogeneity properties.
Keywords: Polylactic acid, Hydroxyapatite, Composite, Homogeneity, Bone scaffold -
Pages 79-97
Development of bioactive ceramic composite scaffold materials with enhanced mechanical strength has been a topic of great interest in bone tissue engineering. In the present study, β-tricalcium phosphate scaffolds with various amounts of bredigite and an interconnected pore network suitable for bone regeneration were fabricated by the space holder method. The effect of high concentrations of bredigite on the structure, mechanical properties (compressive strength), and in vitro bioactivity was investigated. According to the results, immersion in simulated body fluid (SBF) led to the apatite formation on the surface of the scaffold, but increasing the bredigite content caused the agglomeration of the bredigite phase at the grain boundaries and deteriorated the mechanical properties.
Keywords: Tissue engineering, β-tricalcium phosphate, Bredigite, Porous scaffold, Space holder method
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.