فهرست مطالب

سرامیک ایران - سال هفدهم شماره 3 (پیاپی 67، پاییز 1400)

فصلنامه سرامیک ایران
سال هفدهم شماره 3 (پیاپی 67، پاییز 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/01
  • تعداد عناوین: 11
|
  • اخبار و تازه ها
  • صفحات 10-14
  • ملیحه نازی، نسیم نایب پاشایی*، سید محمدمهدی هادوی صفحات 15-30

    نانوسیال ترکیبی است که با افزودن ذرات در مقیاس نانو (100نانومتر) به یک سیال پایه با هدف بهبود انتقال حرارت حاصل می شود. در این پژوهش، تاثیر دما و غلظت نانوذرات متشکل از نانوذرات آلومینا و نانوصفحات گرافن بر هدایت حرارتی سیال پایه متشکل از آب و اتیلن گلیکول مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین به میزان 2/0 درصد حجمی اولییک اسید (OA) و 2/0 درصد وزنی سدیم دودسیل سولفونات (SDS) به عنوان عامل فعال سطحی برای تثبیت و پراکندگی نانوذرات به سیال پایه اضافه شدند. کسرحجمی نانوذرات 05/0، 1/0، 5/0، 1، 5/1، 2 و 5/2 درصد حجمی و دماهای مورد آزمایش در بازه دمایی 305-260 کلوین انتخاب شد. ریخت شناسی و ریزساختار نانوذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) انجام شد. هدایت حرارتی نانوسیالات هیبریدی اندازه گیری و با سیال پایه مقایسه شد. نتایج نشان داد که هدایت حرارتی نانوسیال هیبریدی آب - اتیلن گلیکول / نانو گرافن - نانو آلومینا به غلظت نانوذرات و دما وابسته است. نتایج اندازه گیری هدایت حرارتی نانوسیال هیبریدی آب - اتیلن گلیکول / نانو گرافن - نانو آلومینا با مدل های پیش بینی هدایت حرارتی نانوسیالات مقایسه شد ولی تطابق قابل قبولی وجود نداشت. نتایج نشان داد که افزایش دما و غلظت حجمی نانوذرات موجب افزایش هدایت حرارتی نانوسیالات هیبریدی می شود. حداکثر افزایش هدایت حرارتی نانوسیال هیبریدی برابر با 02/44 درصد بود که در کسر حجمی جامد 5/2 درصد و در دمای 303 کلوین حاصل شد.

    کلیدواژگان: نانوسیال هیبریدی، اتیلن گلیکول، هدایت حرارتی، نانو ذرات آلومینا، نانوصفحات گرافن
  • ساناز حامی، هاجر احمدی مقدم* صفحات 31-39

    در سال های اخیر، تحقیقات در مورد مواد با ثابت دی الکتریک بالا از جمله اکسید تیتانیوم به دلیل پتانسیل برای کاربردهای میکرو الکترونیک مدرن و ذخیره کردن انرژی با چگالی بالا افزایش یافته است. هدف این تحقیق بررسی اثرات اضافه کردن افزودنی پذیرنده، اکسید روی بر خواص دی الکتریک و ریزساختار سرامیک اکسید تیتانیوم است. مقادیر 5/0، 1 و 2 درصد وزنی از افزودنی به اکسید تیتانیوم اضافه و نمونه ها با روش پرس تک محور پودر و سپس تف جوشی در دمای ºC 1420 به مدت 5 ساعت تهیه شدند. خواص نمونه ها شامل چگالی، فازها، ثابت دی الکتریک، اتلاف دی الکتریک و ریز ساختار مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد اکسید روی منجر به بهبود چگالش اکسید تیتانیوم می گردد. از نتایج آزمون پراش اشعه ایکس مشخص شد هیچ گونه فاز ثانویه و ناخالصی در نمونه های حاوی افزودنی وجود ندارد که می تواند بیان گر جایگزینی افزودنی در شبکه کریستالی اکسید تیتانیوم و تشکیل محلول جامد جانشینی باشد. افزودنی اکسید روی منجر به کاهش ثابت دی الکتریک و کاهش اتلاف دی الکتریک اکسید تیتانیوم گردید. افزودنی اکسید روی باعث رشد دانه و افزایش اندازه دانه سرامیک اکسید تیتانیوم شد. ریزساختار با اندازه دانه بسیار بزرگ و امکان ایجاد جاهای خالی اکسیژن با استفاده از افزودنی اکسید روی می توانند منجر به کاهش ثابت دی الکتریک سرامیک اکسید تیتانیوم شوند.

    کلیدواژگان: اکسید تیتانیوم، اکسید روی، چگالی، رفتار فازی، ثابت دی الکتریک، ریزساختار
  • فائزه ذوالقدر، آرمان صدقی*، سعید باغشاهی، امیرحسین مغنیان صفحات 40-48

    شیشه های زیست فعال 58S جایگزین شده با مس (% mol CuO10-0) به روش سل-ژل سنتز شد و تاثیر جایگزینی مس به جای کلسیم بر تخریب پذیری زیستی، تشکیل آپاتیت برون تنی، تکثیر سلولی، فعالیت آلکالین فسفاتاز سلول استیوبلاست MC3T3-E1 و فعالیت ضدباکتریایی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) تشکیل لایه ای از آپاتیت بر روی نمونه ها پس از 7 روز غوطه وری درمحلول شبیه سازی شده بدن (SBF) را تایید کرد. آنالیز سطحی با استفاده از SEM نشان داد با افزایش مس در ساختار مقدار آپاتیت تشکیل شده بر روی سطح کاهش یافت. ارزیابی پاسخ سلولی با روش MTT و فعالیت آلکالین فسفاتاز نشان داد که تکثیر و تمایز سلول های MC3T3-E1 در شیشه 58S جایگزین شده با 5 درصد مولی CuO بالاترین مقدار را در مقایسه با سایر نمونه ها داشت در حالی که جایگزینی 10 درصد مولی CuO در ترکیب منجر به کاهش تکثیر و تمایز سلول ها و بروز سمیت سلولی شد. علاوه بر این، شیشه های حاوی مس اثر ضد باکتریایی قابل توجهی در برابر باکتری های اشرشیا کلی (E.coli) و استافیلوکوکوس اوریوس (S.aureus) نشان دادند، به طوری که ضریب فعالیت ضد باکتریایی در برابر باکتری E.coli در شیشه 58S حاوی 5 درصد مولی CuO نسبت به شیشه پایه تا دوبرابر افزایش یافته و بیش از 99 درصد بود (01/0> p-value). در مجموع، شیشه 58S حاوی 5 درصد مولی CuO به دلیل زیست فعالی در شرایط برون تنی، تحریک تکثیر و تمایز سلولی MC3T3-E1 و فعالیت ضد باکتریایی، برای استفاده در ترمیم نقایص استخوانی در مهندسی بافت به عنوان یک ماده زیستی با قابلیت بالا پیشنهاد می شود..

    کلیدواژگان: سنتز سل ژل، آپاتیت، مس، خاصیت ضدباکتریایی، تکثیر سلولی
  • شکوفه احمدپور، ابراهیم شریفی*، محمدرضا نیلفروشان صفحات 49-57

    در این پژوهش به بررسی اثر آلایش همزمان یون کبالت به همراه یون های منیزیم، کلسیم و مس با استفاده از روش سل- ژل بر روی خواص ماده پرداخته شد. خواص ساختاری، ریخت شناسی و اپتیکی نانو ذرات سنتز شده با استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM)، طیف سنجی فروسرخ (FTIR) و طیف سنجی DRS مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل به روش ریتولد الگوهای XRD ساختارتک فاز ورتزیت هگزاگونال را تایید نمود. در طیف سنجی فروسرخ باندهای مربوط به این ساختار در عدد موج در حدود cm-1 400 شناسایی شد. تصاویر  میکروسکوپی نشان داد که ذرات ریز اکسید روی با ابعاد 10 تا 20 نانومتر در اثر چسبیدن به یکدیگر آگلومره شده اند. علاوه بر این مشخص شد که شکاف باند نمونه های آلاییده شده نسبت به اکسید روی خالص کاهش یافته است. گاف انرژی در اثر افزوده شدن کبالت به عنوان آلاینده از eV 0/3 به eV 5/2 و با اضافه شدن مس به عنوان آلاینده دوم به ترکیب، سبب کاهش بیشتر و رسیدن به حدود eV 1/2  می شود. همچنین بررسی نمونه ها با دستگاه VSM نشان داد که خواص مغناطیسی ذرات با اضافه شدن آلاینده کبالت تقویت شده و به memu/g 40 می رسد. اما در نتیجه هم آلاییده شدن خاصیت مغناطیسی به دلیل حضور یون غیرمغناطیسی کم می شود و تنها در نمونه حاوی هم آلاینده مس و کبالت تغییر محسوسی ایجاد نمی شود. لذا می توان این نمونه را مناسب ترین نمونه ساخته شده در کاربرد نیمه رسانای مغناطیسی رقیق به حساب آورد.

    کلیدواژگان: نانو ذرات، اکسید روی، سل-ژل، نیمه هادی مغناطیسی رقیق شده
  • مرضیه فتوحی، هاجر قنبری*، سعید رستگاری، حسین سرپولکی صفحات 58-68

    وجود آلاینده ها در آب بدون شک تهدیدی بزرگ برای محیط زیست و سلامت انسان است. در پژوهش های اخیر، پتانسیل بالقوه مواد دوبعدی از جمله اکسیدگرافن و کامپوزیت های آن برای جذب آلاینده های آبی بررسی شده است. هدف از این پروژه، ساخت فیلتر رسی پوشش داده شده با کامپوزیت اکسیدگرافن/پلی دوپامین برای جذب رنگ متیلن بلو است. در راستای رسیدن به این هدف، سنتز اکسیدگرافن از روش هامرز اصلاح شده و کامپوزیت اکسیدگرافن/ پلی دوپامین از طریق خودپلیمریزاسیون دوپامین در حضور اکسیدگرافن در محلول آبی صورت گرفت و برای پوشش دهی بستر سرامیکی از روش غوطه وری استفاده شد. بررسی فازی محصولات به دست آمده در هر مرحله به کمک آنالیز پراش پرتوی ایکس، بررسی اکسیداسیون محصولات و شناسایی پیوندها در اکسیدگرافن و کامپوزیت های سنتز شده با استفاده از طیف سنجی فوریه مادون قرمز و طیف سنجی رامان انجام شد و ریخت ذرات با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی مورد مطالعه قرار گرفت. در انتها، بررسی میزان تخریب آلاینده ی متیلن بلو با استفاده از آنالیز طیف سنجی مریی-فرابنفش انجام شد. بررسی آنالیزها نشان داد که اکسیدگرافن و کامپوزیت های اکسیدگرافن/پلی دوپامین سنتز شده اند. تمامی نمونه ها از قدرت جذب بالایی در جذب آلاینده ی متیلن بلو برخوردار هستند و با افزودن اکسیدگرافن به پلی دوپامین، میزان جذب به دلیل افزایش گروه های حاوی اکسیژن، از 63% به 99% افزایش یافت. با توجه به تصاویر مقطعی میکروسکوپ الکترونی روبشی، پوشش GO اعمال شده از بستر جدا شده است و با افزودن PDA به اکسیدگرافن، پایداری پوشش روی بستر رسی بهبود داده شد. با استفاده از این پوشش کامپوزیتی روی بستر رسی ارزان قیمت، کارایی بدنه در 40 دقیقه اول جذب رنگ آلی از 20% به 82% افزایش یافت و بازدهی جذب رنگدانه ی متیلن بلو 5/99%شد. با 36% افزایش قیمت، می توان کارایی بدنه را تا 62 % افزایش داد.

    کلیدواژگان: اکسیدگرافن، روش هامرز اصلاح شده، پلی دوپامین، کامپوزیت اکسیدگرافن، متیلن بلو
  • محسن قراجه داغی علی مهری زاد*، پروین غریانی، غلامحسین شاهوردیزاده _ صفحات 69-78

    در این تحقیق، کامپوزیت سه تایی CdS/g-C3N4/rGO به روش هیدروترمال تهیه شده است و با تکنیکهای مختلف از جمله پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM) و اسپکتروفوتومتر فرابنفش-مریی (UV-Visible)  شناسایی شده است. فعالیت فوتوکاتالیزوری کامپوزیت تهیه شده با مطالعه حذف آنتی بیوتیک سیپروفلوکساسین تحت نور مریی از دیدگاه سینتیکی ارزیابی شده است. مطالعات سینتیکی بر پایه مدل لانگمویر-هینشل وود نشان داد که حذف فوتوکاتالیزوری سیپروفلوکساسین توسط CdS/g-C3N4/rGO از مدل سینتیکی شبه مرتبه اول پیروی می کند. از بررسی نقش متغیرهای عملیاتی بر سرعت فرآیند معلوم شد که سرعت حذف با افزایش غلظت دارو کاهش می یابد. با افزایش مقدار کاتالیزور از 1/0 تا  g L-1 7/0 سرعت افزایش یافته و افزایش بیشتر کاتالیزور منجر به کاهش سرعت می شود. بررسی اثر pH نشان داد که سرعت حذف فوتوکاتالیزوری سیپروفلوکساسین در محیط خنثی به مراتب بیشتر از محیطهای اسیدی و قلیایی است.

    کلیدواژگان: CdS، g-C3N4، rGO، سیپروفلوکساسین، فوتوکاتالیزور، سینتیک
|
  • Maliheh Nazi, Nasim Nayebpashaee*, Seyyed MohammadMehdi Hadavi Pages 15-30

    Nanofluid is a suspension obtained by adding nanoscale particles (100 nm) to a base fluid to improve heat transfer. In this study, the effect of temperature and concentration of nanoparticles consisting of Alumina nanoparticles and Graphene nanosheets on the thermal conductivity of a base fluid consisting of water and ethylene glycol was studied. Also, 0.2% by volume of oleic acid (OA) and 0.2% by weight of sodium dodecyl sulfonate (SDS) were added to the base fluid as a surfactant to stabilize and disperse the nanoparticles. The volume fraction of nanoparticles of 0.05, 0.1, 0.5, 1, 1.5, 2 and 2.5% by volume and the tested temperatures were selected in the temperature range of 260-305 K. The morphology and microstructure of the nanoparticles were investigated by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Thermal conductivity of hybrid nanofluids was measured and compared with the base fluid. Results showed that thermal conductivity of water-ethylene glycol / nano Graphene-nano Alumina hybrid nanofluid depends on nanoparticle concentration and temperature. The thermal conductivity measurements of water-ethylene glycol / nano Graphene-nano Alumina hybrid nanofluid were compared with the thermal conductivity prediction models of nanofluids but there was no acceptable agreement. The results showed that increasing the temperature and volumetric concentration of nanoparticles increases the thermal conductivity of hybrid nanofluids. The maximum increase in thermal conductivity of hybrid nanofluid was 44.02% which was obtained in solid volume fraction of 2.5% and at temperature of 303 K.

    Keywords: Hybrid nanofluid, ethylene glycol, thermal conductivity, alumina nanoparticles, graphene nanosheets
  • Sanaz Hami, Hajar Ahmadimoghadam* Pages 31-39

    In recent years, research into materials with high dielectric constants, including doped titanium oxide, has increased because of the potential for modern microelectronics applications and high-density energy storage. The aim of this study was to investigate the effects of zinc oxide as an acceptor additive on the dielectric properties and microstructure of titanium oxide ceramics. The amount of 0.5, 1 and 2 wt% of the additive was added to the titanium oxide and the samples were prepared by powder pressing method and then sintered at 1420 ºC for 5 hours. The properties of the samples including density, phases, dielectric constant, dielectric loss and microstructure were investigated. The results showed that zinc oxide improved the density of titanium oxide. The results of X-ray diffraction test showed that there was no secondary phase and impurities in the samples containing the additive, which could indicate the replacement of the additive in the crystalline lattice of titanium oxide and the formation of a solid solution. The addition of zinc oxide resulted in the decreasing of dielectric constant and dielectric loss of titanium oxide. Zinc oxide additive caused grain growth and increase of grain size of titanium oxide ceramic. Microstructures with very large grain sizes and the possibility of creating oxygen vacancy with using zinc oxide additives can lead to the reduction in the dielectric constant of the titanium oxide ceramic.

    Keywords: Titanium oxide, Zinc oxide, Density, Phase behavior, Dielectric constant, Microstructure
  • Faezeh Zolghadr, Arman Sedghi*, Saeid Baghshahi, AmirHossein Moghanian Pages 40-48

    Cu-substituted 58S bioactive glasses (0-10%mol CuO) were synthesized by sol-gel method and the effect of copper substitution for calcium on their biodegradability, bone-like apatite formation, cell proliferation, alkaline phosphatase activity of M3T3-E1 osteoblast cells and antibacterial efficiency were investigated. The results of x-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and surface analysis using SEM confirmed the formation of a layer of bone-like apatite on the BGs after 7 days of immersion in SBF. The surface analysis with SEM indicated that the addition of copper to the structure led to a reduction of the amount of apatite formed on the surface. The evaluation of cellular response by MTT assay and alkaline phosphatase activity showed that the proliferation and differentiation of MC3T3-E1 cells in 58S BG substituted with 5 mol% CuO had the highest value compared to other samples while, the substitution of 10 mol% CuO in composition led to a reduction in cell proliferation and differentiation and induction of cell cytotoxicity. In addition, Cu-substituted glasses showed significant antibacterial effect against Escherchia coli (E.coli) and Staphylococcus aureus (S.aureus) bacteria so that the antibacterial activity coefficient against E.coli in 58S containing 5 mol% CuO has doubled compared to base glass and was more than 99% (p<0.01). Taken together, 58S glass containing 5% mol CuO has been recommended for use in repair of bone defects in tissue engineering due to its in vitro bioactivity, stimulation of MC3T3-E1 cell proliferation and differentiation and excellent antibacterial activity.

    Keywords: Sol-gel synthesis, apatite, Copper, Antibacterial properties, Proliferation
  • Shekofeh Ahmadpour, Ibrahim Sharifi*, Mohammadreza Nilforoushan Pages 49-57

    In this study, the effect of simultaneous doping of magnesium, calcium, and copper ions on the properties of zinc oxide doped with cobalt was investigated. The sol-gel method has been used for the synthesis of nanoparticles. The structural and optical properties of the synthesized nanoparticles were investigated using X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), and DRS spectroscopy. Rietveld’s analysis of XRD patterns confirmed the hexagonal wurtzite phase structure. In infrared spectroscopy, bands related to this structure were detected at a wavenumber of about 400 cm-1. Microscopic images showed that fine zinc oxide particles with dimensions of 10 to 20 nm were agglomerated by sticking to each other. In addition, it was found that the bandgap of the doped samples was reduced relative to pure zinc oxide. Due to the addition of cobalt as a dopant, the bandgap energy reduced from 3.0 eV to 2.5 eV. Also, copper ion as a second dopant in the composition caused a further reduction in the bandgap and reaches about 2.1 eV. The examination of the samples by the VSM device showed that the magnetic properties of the particles are enhanced by the addition of cobalt dopant and reach 40 memu / g. However, as a result, the magnetic property is reduced with other co-doped samples. copper and cobalt co-doped zinc oxide have no significant changes in magnetic properties. Therefore, with a lower bandgap and the best magnetic properties, this sample can be considered the most suitable sample in the dilute magnetic semiconductors’ application.

    Keywords: Nanoparticles, zinc oxide, sol-gel, diluted magnetic semiconductor
  • Marzieh Fotoohi, Hajar Ghanbari*, Saeed Rastegari, Hossein Sarpoolaky Pages 58-68

    Water purification is a vital and essential thing for human life. The presence of pollutants in water is a major threat to the environment and human health. Various materials have been proposed and used for water treatment in recent years. Recent research has shown the potential of two-dimensional materials such as graphene oxide and its composites for water purification. The goal of this project is to make a clay filter coated with graphene oxide / polydopamine composite for water treatment. To achieve this goal, Graphene oxide was synthesized by modified Hummers method and GO/PDA composite were prepared by dopamine self-polymerization in the presence of graphene oxide in weakly alkaline solution and the immersion method was used to cover the substrate. Finally, X-ray diffraction analysis (XRD), Raman spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and field emission scanning microscopy (FE-SEM) results are indicated that graphene oxide and graphene oxide / polydopamine composites are well synthesized and the extent of methylene blue contamination degradation was evaluated by visible-ultraviolet spectroscopy. The results showed that all samples have high potency in absorbing methylene blue pollutants And with the addition of graphene oxide to polydopamine, the absorption rate increased from 63% to 99% due to the increase in oxygen-containing groups. According to cross-sectional scanning electron microscopy images, the applied GO coating was removed from the substrate and by adding PDA to graphene oxide, the stability of the coating on the clay substrate was improved. Using this composite coating on an inexpensive clay substrate , the efficiency of the body increased from 20% to 82% in the first 40 minutes of organic dye absorption.

    Keywords: Graphene oxide, Modified Hummers method, Polydopamine, polydopamine composite, Methylene blue
  • Mohsen Qrajhdaghy, Ali Mehrizad*, Parvin Gharbani, Gholamhossein Shahverdizadeh Pages 69-78

    In this research, CdS/g-C3N4 /rGO ternary composite was prepared by hydrothermal method and characterized using various techniques including X-ray diffraction (XRD), field emission-scanning electron microscopy (FE-SEM) and UV-Visible spectrophotometer. The photocatalytic activity of the prepared composite was evaluated from kinetics perspective by studying the removal of ciprofloxacin antibiotic under visible light. Kinetics studies based on the Langmuir-Hinshelwood model showed that the photocatalytic removal of ciprofloxacin by CdS/g-C3N4 /rGO follows the first-order kinetics model. It was found that the removal rate decreases with increasing drug concentration. In addition, by increasing the amount of catalyst from 0.1 to 0.7 gL-1, the reaction rate increases and further increase of the catalyst leads to a decrease in rate. The effect of pH showed that the photocatalytic removal rate of ciprofloxacin at neutral medium is much higher than acidic and alkaline conditions.

    Keywords: CdS, g-C3N4, rGO, Ciprofloxacin, Photocatalysis, Kinetics