فهرست مطالب

مواد پیشرفته و پوشش های نوین - پیاپی 39 (زمستان 1400)

فصلنامه مواد پیشرفته و پوشش های نوین
پیاپی 39 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/26
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مسعود خراسانی، هومن پژند، محمدمحسن مومنی* صفحات 2862-2870

    امروزه معضلات محیط زیستی از جمله پسماند حاوی رنگزای های آلی بجای مانده از کارخانجات صنعتی به صورت چالشی جدی در آمده است. این امر منجر به آن شده تا تحقیقات گسترده ای در زمینه ی تصفیه ی پسآب های صنعتی صورت گیرد. از همین روی در این مطالعه سعی بر آن شد تا با قرار دادن ذرات نقره بر روی ذرات ZnO با ریز ساختار های میله ای شکل، ذراتی با خاصیت فتوکاتالیستی مناسب معرفی گردد. در این تحقیق، در ابتدا ذرات ZnO بر روی فویلی از جنس فلز روی ساخته شدند و در نهایت با قرار دادن ذرات نقره بر روی آن ها با استفاده از روش photo-deposition ، ریزساختار، ساختار و همچنین خواص اپتیکی آن ها با استفاده از آزمون های پراش پرتوی ایکس، میکروسکپوپ الکترونی روبشی نشر میدانی و همچنین آزمون اسپکتروفتومتری بررسی گردید. نتایج آزمون های XRD و SEM نشان داد که ذرات دارای ساختار کریستالی بوده و همچنین دارای ریزساختار میله ای شکل هستند. همچنین جهت سنجش میزان عملکرد فتوکاتالیستی ذرات ساخته شده، از آن ها جهت تخریب رنگزای متیلن بلو استفاده گردید. نتایج تخریب رنگزا تایید کننده آن بود که قرار گیری ذرات نفره بر روری ذرات ZnO نتنها منجر به کاهشی چشمگیر در میزان شکاف انرژی ذرات فتوکاتالیست گردید بلکه میزان عملکرد فتوکاتالیستی ذرات به میزان قابل توجهی و تا 93% افزایش یافت درحالی که ذرات ZnO قادر بودند که رنگزای متیلن بلو را تا میزان 26% تخریب نماید.

    کلیدواژگان: فتوکاتالیست، ZnOمیله ای شکل، نانو ذرات نقره، تجزیه ی نوری
  • علی بقایی، علی اصغر صباغ الوانی*، حسن سامعی صفحات 2872-2880

    در سال های اخیر یافتن فوتوکاتالیست های کارآمد جهت برداشت و تبدیل مستقیم انرژی خورشید به سوخت پاک هیدروژن و یا تخریب نوری آلودگی های محیط زیست یکی از مهم ترین استراتژی ها جهت رفع محدودیت های انرژی و مشکلات محیط زیست بوده است. فوتوکاتالیست TiO2 دارای شکاف انرژی و میزان بازترکیب بالا بوده و تنها در محدوده UV فعال است که آن هم بخش کمی از طیف خورشید را شامل می شود. به منظور رفع محدودیت های موجود در این فوتوکاتالیست و بهبود خواص نوری و الکترونیکی آن، پژوهش های بسیاری صورت گرفته که از جمله می توان به تلقیح عناصر مختلف تا ایجاد تغییرات در سطح TiO2 اشاره داشت. در این پروژه، سعی شد تا به نانومیله های تیتانیوم دی اکسید احیاشده که به روش هیدروترمال تهیه شده بودند، در حضور گاز هیدروژن/نیتروژن دست پیدا کرد. نانومیله های احیا شده به سبب ایجاد بی نظمی سطحی و مکان های خالی اکسیژن و درنتیجه آن، افزایش جذب در ناحیه مریی و ارتقا خواص نوری نانوساختار، خود را به عنوان یک فوتوکاتالیست امیدوارکننده معرفی نمود.

    کلیدواژگان: سنتز، احیا، هیدروترمال، نانومیله
  • شهرزاد پاشاپوریگانه، داود زارعی*، مرتضی احسانی، محمدرضا کلائی، عبدالرسول ارومیه ای صفحات 2882-2897

    رزین اپوکسی به دلیل خواص شیمیایی و مکانیکی مناسب در مقایسه با سایر رزین ها یکی از پرکاربرد ترین مواد برای پوشش داخلی قوطی های مواد غذایی بوده است. اخیرا، به دلیل تشدید قوانین زیست محیطی، استفاده از اپوکسی به دلیل مهاجرت مشتقات بیسفنل آ به درون مواد غذایی محدود شده است. راهکارهای متفاوتی برای حل این مشکل و جایگزینی آن پیشنهاد گردیده و لیکن تاکنون پاسخ مناسب، فراگیر و جامعی ارایه نشده است. در مطالعه حاضر، بخشی از رزین اپوکسی پوشش قوطی با مقادیر مختلف رتبه غذایی رزین پلی استر جانشین شد و در ساختار فرمولاسیون، مقادیر مختلف نانو ذرات سیلیس بر اساس مدل طراحی آزمون تاگوچی اضافه شد. پوشش های فرموله شده در حضور رزین ملامین فرمالدیید پخت شدند. خواص مکانیکی و شیمیایی پوشش های پخته شده بر اساس روش های استاندارد بررسی شد. مهم ترین آزمون ارزیابی پوشش های قوطی یعنی آزمایشات مهاجرت عام و مهاجرت ویژه بر روی این پوششها مطابق با استاندارد بین المللی EN1186-EU 10: 2011 انجام شد. تحقیقات سمیت نشان داد که غلظت مواد آزاد شده در شبیه سازهای غذا بر اساس استاندارد فوق در محدوده قابل قبولی بوده است. همچنین، نتایج نشان داد که رزین پلی استر می تواند یک ساختار مناسب برای افزودن به فرمولاسیون های روکش قوطی های موادغذایی و جایگزینی با رزین اپوکسی تا حدود 47 درصد باشد و حضور نانو ذرات سیلیس در حدود 0.5 درصد وزنی موجب ایجاد هم افزایی در خواص ممانعتی و حفاظتی این پوششها می گردد.

    کلیدواژگان: روش تاگوچی، رزین پلی استر، نانو سیلیس، تست مهاجرت، قوطی موادغذایی
  • جواد مختاری*، عطیه شادمان، عذرا غمگسار صفحات 2898-2907

    منسوج پنبه ای با به کارگیری املاح کاکتوس برای تولید محافظ امواج الکترومغناطیس تهیه شد. برای انتقال خواص محافظتی به نانوکامپوزیت ها، آن ها باید تحت تکمیل های خاصی مانند تکمیل های سطحی یا انواع خاصی از مواد افزودنی قرار گیرند. از جمله مواد معدنی که برای محافظت از امواج رادیویی استفاده می شود، مس است؛ زیرا رادیو و سایر امواج الکترومغناطیسی را جذب می کند. پارچه پنبه ای با به کارگیری محلول کاکتوس به روش رمق کشی رنگرزی شد. برای بررسی ترکیبات شیمیایی و میزان اثربخشی محافظتی آن، آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنج پراش انرژی پرتو ایکس و تحلیلگر شبکه انجام گردید. نتایج نشان دهنده این است که املاح معدنی موجود در کاکتوس روی منسوج مورد نظر قرار گرفته اند. هم چنین، میزان حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی نمونه ها در محدوده 2 تا 7 گیگاهرتز اندازه گیری شد و نتایج نشان دادند که اثر محافظتی منسوجات با به کارگیری کاکتوس در محدوده فرکانسی 4/5-5 گیگاهرتز از 34/195 به 44/912دسی بل افزایش یافته است. از این رو، محلول کاکتوس بر میزان اثربخشی محافظتی منسوج مورد نظر موثر بوده است.

    کلیدواژگان: املاح کاکتوس، امواج الکترومغناطیس، پوشش محافظ، منسوج
  • امید مرادی*، ایمان دانشمند شعرباف صفحات 2908-2923

    در این تحقیق، زیولیت سنتز و با 3-آمینوپروپیل تری متوکسی سیلان اصلاح شد. مواد سنتز شده به وسیله آنالیزهای FT-IR، SEM وXRD شناسایی و برای جداسازی آلاینده آلی رنگزای قرمز مستقیم 80 (DR80) استفاده گردید. اثر عوامل مهم و مختلف مانند مقدار جاذب، غلظت ابتدایی آلاینده و pH مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که جاذب اصلاح شده نسبت به جاذب خام ظرفیت جذب بیشتری دارد. مقدار جذب رنگزا در مقادیر pH پایین تر زیاد است. درصد حذف رنگزای DR80 در شرایط بهینه به صورت کامل بود. افزایش مقدار جاذب و کاهش pH موجب افزایش درصد رنگبری می شود و افزایش غلظت آلاینده، موجب کاهش درصد حذف رنگزا در فرآیند است. مدل های ایزوترم لانگمویر، فروندلیش و تمپکین برای داده های آزمایشگاهی استفاده شد. داده های ایزوترم نشان داد که فرآیند جذب با مدل ایزوترم لانگمویر مطابقت دارد. همچنین، مدل های سینتیک شبه مرتبه اول، شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره ای برای بررسی سینتیک جذب استفاده شد. جذب رنگزا از سینتیک شبه مرتبه دوم پیروی کرد. نتایج نشان داد که جاذب اصلاح شده می تواند به عنوان یک جاذب مناسب با ظرفیت جذب بالا برای رنگبری از محلول های آبی رنگی باشد.

    کلیدواژگان: جداسازی آلاینده، رنگزا، زئولیت اصلاح شده، محیط آبی، رنگزای قرمز مستقیم 80
  • احمد تیرگر بهنمیری، هاجر رجایی لیتکوهی*، علی بهاری صفحات 2924-2933
    فناوری فوتوکاتالیستی شکافتگی آب یکی از روش های نوینی است که از پتانسیل بالایی برای تولید هیدروژن برخوردار است. در این کار پژوهشی روش لایه نشانی شیمیایی بخار برای سنتز هماتیت بر بستر FTO، به عنوان فوتوآند سلول فوتوالکتروشیمیایی به کار گرفته شد. برای تعیین نوع ساختار و بررسی مورفولوژی ساختارهای سنتز شده از طیف پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس استفاده شد که به خوبی سنتز اکسید آهن گونه هماتیت را بر بستر FTO تایید کردند. در مرحله سنتز هماتیت مشخص شد که مراحل پیش شستشو، حضور ماده TEOS و مقدار آن، در یکنواختی و ضخامت لایه نشانی و نوع پیش ماده ی آهنی مورد استفاده درنوع ساختار و مورفولوژی هماتیت سنتز شده بر FTO ، تاثیر بسزایی دارند. با استفاده از فروسن ساختارهای هرمی شکل هماتیت با ضخامت بهینه با مقدار 2 میلی لیتر TEOS بدست آمد و برای پنتاکربونیل آهن ساختارهای گل کلمی شکل در نسبت بهینه پنتاکربونیل آهن (ml 1) به TEOS (ml 5/0) 2: 1 حاصل شد. نتایج بررسی کارآرایی فوتوآندی هماتیت سنتز شده بر بستر FTO مشخص که مقدار ضخامت هماتیت سنتز شده و نوع مورفولوژی ساختار هماتیت نقش ویژه ای در میزان جریان فوتونی دارند و ماکزیمم چگالی جریان فوتونی برای ساختارگل کلمی شکل هماتیت سنتز شده mA/cm2 42/1 بدست آمد.
    کلیدواژگان: سنتز، خصوصیات ساختاری، هماتیت، لایه نشانی شیمیایی بخار، فوتوالکتروشیمیایی
  • میترا زارع، مرتضی احسانی، امیرعباس شایگانی اکمل، رامین خواجوی، داود زارعی صفحات 2934-2951

    لاستیک سیلیکونی (SR) پوشش عایق ولتاژ بالا است، اما خواص مکانیکی ضعیفی دارد. افزودن نانوذرات روشی امیدوارکننده برای مقابله با این مشکل است. در این مطالعه، ارزیابی حضور نانوذرات SiO2، Al2O3، MgO و SiC در مقادیر 0 و 2 و 4 و6 درصد وزنی در ساختار لاستیک سیلیکونی از طریق پراکنش ذرات درون ماتریس سیلیکونی و پخت آمیزه صورت پذیرفت. آزمونهای مکانیکی ، الکتریکی و آزمونهای آنالیز حرارتی دینامیکی- مکانیکی برای مطالعه رفتار نمونه ها صورت پذیرفت . نتایج نشان داد که حضور نانوذرات حتی در مقادیر جزیی باعث افزایش استحکام و ازدیاد طول در شکست گردید و تنها استثنا در این خصوص، حضور نانوذرات SiC در مقادیر 4 و 6 درصد وزنی بود که در آنها کاهش ازدیاد طول در نقطه شکست مشاهده شد. مقاومت الکتریکی SR با اختلاط مقدار کمی از نانوذرات افزایش یافت. نتایج آزمونهای پلاریزاسیون نشان داد که افزودن SiC منجر به کاهش جریان پلاریزاسیون تا حدود 200 pA در مقایسه با دیگر نمونه ها می گردد. آزمون استحکام دی الکتریک نشان داد که ساختار حاوی نانو ذرات SiO2 و Al2O3 و 2 درصد نانو ذرات SiC بالاترین میزان استحکام دی الکتریک را دارند. آزمونهای آنالیز حرارتی دینامیکی- مکانیکی نشان دادند که مدول ذخیره و دمای انتقال شیشه ای نانوکامپوزیت های حاصله به ترتیب تا 7 مگا پاسکال و حدود 50 درجه سانتیگراد افزایش نسبت به نمونه خالص داشتند. آزمون تجزیه گرما وزنی نشان دهنده 100 درجه سانتیگراد افزایش در دمای تخریب و در نتیجه پایداری حرارتی نانوکامپوزیت ها در مقایسه با سیلیکون خالص بود.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، لاستیک سیلیکونی، نانو ذرات، عایق الکتریکی، پایداری حرارتی
|
  • Masoud Khorasani, Hooman Pazhand, Mohammad Mohsen Momeni * Pages 2862-2870

    Nowadays, wastewater produced by industries becomes one of the most crucial environmental challenges. Due to significance of water treatment numerous researches have been done to address this issue. In this study, it was tried to present a new method for synthesizing highly photo catalytically active silver nanoparticle decorated zinc oxide nanorods (Ag/ZnO NRs). ZnO nanorods were successfully synthesized on zinc foil through a facile hydrothermal method and then Ag nanoparticles were prepared directly on the surface by photodeposition method. The structural, morphology and optical properties of the as-synthesized materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and UV-visible absorption spectroscopy respectively. The Results showed that the fabricated films have nanorod morphology. UV-visible spectra showed an increase in the visible absorption relative to bare ZnO NRs sample. The photo-catalytic activity of prepared samples was evaluated by analyzing degradation of methylene blue (MB) dye under Xe light illumination and it was observed that Ag nanoparticle decorated ZnO nanorods effectively affected on band gap energy of photo catalysts and showed significantly enhanced photo-catalytic activity for degradation of MB, as compared to bare ZnO NR. According to the obtained results, optimized Ag/ZnO nanoparticles degraded MB to 93% meanwhile amount of degradation by ZnO particles was approximately 23%.

    Keywords: Photo catalysts, Zn-O NRS, Ag Nanoparticles, photo –assisted decomposition
  • Ali Baqaei, Ali Asghar Sabbagh Alvani *, Hassan Sameie Pages 2872-2880

    In a few past years, finding efficient photocatalysts for direct harvesting and conversion of solar energy into clean hydrogen fuel or photodegradation of environmental pollution is one of the most important strategies to overcome energy constraints and environmental problems. The TiO2 photocatalyst has a high band gap and recombination rate and is active only in the UV range, which is a small part of the sun's spectrum. In order to dominate the limitations of this photocatalyst and improve its optical and electronic properties, many studies have been done, including the doping of various elements to change the energy level and band structure of TiO2. In this project, it was attempted to obtain hydrothermally prepared reduced titanium dioxide nanorods (RTNR) in the presence of hydrogen/ nitrogen gas flow. Reduced TiO2 nanorods have established themselves as a promising photocatalyst due to the creation of oxygen vacancies and surface disorder, consequently, the increase in absorption at visible spectrum and enhancement of the optical properties of the nanostructure.

    Keywords: Synthesis, reduction, Hydrothermal, nanorod
  • Shahrzad Pashapour Yeganeh, Davood Zaarei *, Morteza Ehsani, Mohammadreza Kalaee, Abdolrasul Oromiehie Pages 2882-2897

    Epoxy resin has been used as can coating material for decades because of its suitable chemical and mechanical properties compared to the other resins. Recently, usage of this resin has been limited due to the migration of Bisphenol A (BPA) derivatives into the foodstuffs. Different solutions have been proposed to solve this problem, but so far, no suitable, comprehensive and comprehensive answer has been provided. In the current study, coating material containing mixed polyester and epoxy resins with different amounts of nano-silica particles, using Taguchi experimental design method, were prepared. The formulated coating materials were cured in the presence of melamine formaldehyde resin. The mechanical and chemical properties of cured coatings were investigated based on the EN1186-EU 10:2011 standard method. Migration tests containing global migration and BPA migration were performed, and also toxicity assessment showed that the concentrations of released materials into the food simulants were in the acceptable ranges, based on the above-mentioned standard. Also, the results showed that the polyester resin can be a suitable structure for can coatings and replacing it with epoxy resin, up to about 47%, and the presence of silica nanoparticles (about 0.5 wt%), leads to synergistic effects and increases the barrier and protective properties of the modified coatings.

    Keywords: Taguchi method, Hybrid, nanosilica, Migration Test, Bisphenol A
  • Javad Mokhtari *, Atiyeh Shademan, Ozra Ghamgosar Pages 2898-2907

    Cotton textile was prepared by using cactus salts to produce shielding for electromagnetic waves. To transfer shielding properties to nanocomposites, they must be subjected to certain finishes, such as surface finishing or certain types of additives. The minerals such as copper, which absorbs radio and other electromagnetic waves, used for shielding radio frequency. In this study, cotton textile was dyed using cactus solution by exhaustion method. Scanning electron microscopy and X-ray diffraction spectroscopy and network analyzer were performed to evaluate the chemical composition and its shielding effectiveness. The results showed that the mineral salts in the cactus have been applied to the textile. Also, the degree of shielding against electromagnetic interference of the samples was measured in the range of 2 to 7 GHz and the results showed that the shielding effectiveness of textiles with the use of cactus in the frequency range of 4-5.5 GHz has increased from 34.195 to 44.912 dB. Therefore, cactus solution has been effective on the shielding effectiveness of the textile.

    Keywords: Cactus solutes, electromagnetic waves, shield, Textile
  • Omid Moradi *, Iman Daneshmand Sharabaf Pages 2908-2923

    In this study, zeolite was synthesized and modified using 3-aminopropyl trimethoxy silane. The synthesized materials were identified by FT-IR, SEM, and XRD analyzes and used to separate direct red 80 (DR80) as an organic contaminant from water. The effect of various important factors such as the amount of adsorbent, initial concentration of contaminants and pH was investigated. The results showed that the modified adsorbent had a higher adsorption capacity than the row adsorbent. The amount of dye adsorption is high at lower pH values. The percentage of DR80 dye removal was complete under optimal conditions. Increasing the amount of adsorbent and decreasing the pH increases the percentage of dye removal and increasing the concentration of contaminant reduces the dye removal in the process. The Langmuir, Freundlich and Tempkin isotherm models were used. Isotherm data showed that the adsorption process followed the Langmuir isotherm model. Also, pseodu-first-order, pseodu-second-order and intraparticle diffusion kinetics models were used to investigate the adsorption kinetics. Dye adsorption followed pseodu-second-order kinetics. The results showed that the modified adsorbent could be used as a suitable adsorbent with high adsorption capacity for dye removal from aqueous media.

    Keywords: Pollutant separation, Dye, modified zeolite, Aqueous medium, Direct red 80
  • Ahmad Tirgar Bahnamiri, Hajar Rajaei Litkohi *, Ali Bahari Pages 2924-2933
    Photocatalytic water splitting technology is one of the new methods that has a high potential for hydrogen production. In this research, chemical vapor deposition method was used for the synthesis of hematite on FTO substrate as a photoelectrochemical cell photoanode. To determine the structure of the synthesized iron oxide and study the morphology of the synthesized structures, X-ray diffraction spectroscopy, scanning electron microscopy and X-ray energy diffraction spectroscopy were used, which well confirmed the synthesis of hematite on FTO substrate. In the hematite synthesis step, it was found that the prewash steps, the presence of TEOS and its amount in the uniformity and thickness of the layer and the type of precursor used in the structure and morphology of the synthesized hematite have a significant effect. Using ferrocene, pyramidal structures of hematite with optimal thickness in the amount of 2 ml TEOS were obtained and for pentacarbonyl iron, cauliflower structures were obtained in the optimal ratio of pentacarbonyl iron (1 ml) / TEOS (0.5 ml) 2: 1. The results of photoanode efficiency of synthesized hematite on FTO substrate showed that the thickness and morphology of hematite have a special role in the photon flux and the maximum photon flux was obtained 1.42 mA/cm2 for the synthesized hematite cauliflower structure.
    Keywords: Synthesis, morphology, Hematite, Chemical Vapor Deposition, Photoelectrochemical
  • mitra zare, Morteza Ehsani, AmirAbbas Shayegani Akmal, Ramin Khajavi, Davood Zaarei Pages 2934-2951

    Silicone rubber (SR) is a high voltage insulation coating, but has poor mechanical properties. Adding nanoparticles is a promising way to deal with this problem. In this study, evaluation of the presence of SiO2, Al2O3, MgO and SiC nanoparticles in the amounts of 0, 2, 4 and 6% by weight in the structure of silicone rubber was done through the distribution of particles within the silicon matrix and simultaneous curing. Mechanical electrical and dynamic-mechanical thermal analysis tests were performed to study the behavior of the prepared samples. Results showed that the presence of nanoparticles even in small amounts increased the strength and elongation at break and the only exception in this regard was the presence of SiC nanoparticles at 4 and 6% by weight in which a decrease in this property was observed. The electrical resistance of SR increased with the mixing of small amounts of nanoparticles. The results of polarization tests showed that the addition of SiC reduced the polarization current to about 200 pA compared to other samples. Dielectric breakdown test showed that the structures containing SiO2 and Al2O3 and 2% SiC nanoparticles had the highest dielectric strength. Dynamic-mechanical thermal analysis tests also showed that the storage modulus and glass transition temperature of the resulting nanocomposites increased up to 7 MPa and about 50 ° C, respectively, The thermogravimetric analysis showed a 100 ° C increase in the degradation temperature and as a result, the thermal stability of the nanocomposites was superior to that of pure silicon.

    Keywords: Nanocomposite, Silicone rubber, electrical insulator, nanoparticle, thermal stability