فهرست مطالب
مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال یازدهم شماره 2 (تابستان 1401)
- تاریخ انتشار: 1402/01/27
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-12
آلفا-تریکلسیم فسفات، بهعنوان جزء پودری در فرآیند تهیه سیمانهای کلسیم فسفاتی جهت بازسازی بافت سخت استفاده میشود. در این تحقیق، پودر مذکور از مواد اولیه نیترات کلسیم و دیآمونیوم هیدروژن فسفات به روش رسوبدهی شیمیایی سنتز شد. پودر حاصل در 1250 درجه سلسیوس تحت عملیات حرارتی قرار گرفت و در دمای محیط بهسرعت سرد شد. نتایج آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) و طیفسنجی فروسرخ تبدیل فوریه (FTIR) پودر سنتزشده، تشکیل فاز آلفا-تریکلسیم فسفات بلوری و وجود گروههای شیمیایی P-O را تایید کرد. سیمان تکجزیی با استفاده از پودر آلفا-تریکلسیم فسفات و فاز مایع حاوی 5/2 درصد دیسدیم هیدروژن فسفات تهیه شد. سیمان حاصل با زمان گیرش اولیه 1 17 دقیقه، دارای استحکام فشاری 2 21 مگاپاسکال بود. آزمایشهای XRD و FTIR تشکیل مقدار زیادی هیدروکسیآپاتیت با کمبود کلسیم را بهعنوان محصول سیمان تایید کرد. طبق یافتهها، گیرش سیمان از طریق آبکافت پودرهای آلفا-تریکلسیم فسفات و تشکیل نانوفلسهای هیدروکسیآپاتیت با کمبود کلسیم به طول تقریبی 500 نانومتر اتفاق افتاده است. آزمایش زیستفعالی، تشکیل هیدروکسیآپاتیت در سطح خارجی سیمان را طی 14 روز غوطهوری در مایع شبیهسازیشده بدن، نشان داد.
کلیدواژگان: آلفا-تری کلسیم فسفات، سنتز، سیمان، هیدروکسی آپاتیت با کمبود کلسیم -
صفحات 13-26
در این پژوهش، تغییر ساختار نفلین سینیت (Neph) که متشکل از دو کانی نفلین و میکروکلین است، با استفاده از دو روش هیدروترمال و آسیاب بهترتیب در حضور 2 درصد مولی سود (NaNeph) و 30 درصد وزنی آهک (CaNeph) بررسی شد. نتایج پراش اشعه ایکس و طیف رامان نشان داد که ساختار میکروکلین در نمونه CaNeph، پایدارتر است و ساختار نفلین تا حدودی تخریب میشود و در نمونه NaNeph، پیکهای اصلی مشخصه کانی نفلین در 28 درجه نسبت به نمونه CaNeph حفظ میشود؛ در CaNeph، بهدلیل سه ساعت آسیاب، با ورود عناصر قلیایی خاکی به ساختار حلقوی، نظم ساختاری حلقههای آلومیناسیلیکاتی نسبت بهNeph بالاتر میشود. در نهایت، در تهیه شیشه با ترکیب شیمیایی 6 درصد وزنی Al2O3 - 5/65 درصد وزنی SiO2 – 13 درصد وزنی Na2O – 16 درصد وزنی CaO، از هر سه نمونه نفلین به میزان 25 تا 38 درصد وزنی (بسته به ترکیب نهایی) استفاده شد. تفاوت رفتار حرارتی شیشههای GCaNeph،GNaNeph و GNeph بهوسیله آنالیز حرارتی همزمان (DTA/TG) و تغییرحجمسنجی (دیلاتومتری) مقایسه شد. دمای انتقال به شیشه در نمونههای GCaNeph وGNaNeph نسبت به نمونه بدون فراوری (GNeph) بهترتیب 37 و 25 درجه سلسیوس افزایش یافت. مقاومت شیمیایی شیشههای GCaNeph وGNaNeph در پژوهش حاضر، 4 برابر بیشتر از GNeph و تراکم ساختار شیشه CaNeph نسبت به GNeph، 9/0 گرم بر سانتیمتر مکعب بیشتر بود.
کلیدواژگان: نفلین، شیشه، ساختار، فراوری -
صفحات 27-43
هدف از این پژوهش، ساخت پوشش نانوکامپوزیتی منعطف چندجزیی و با کارآیی بالا جهت جذب امواج الکترومغناطیس است. نمونه های نانوکامپوزیتی چندجزیی شامل: نانولوله های کربنی، ساختار هسته-پوسته پلی آنیلین-اکسید آهن و نانوسیم های نیکل، با درصدهای وزنی 2، 4 و 6 درصد در زمینه پلی آکریلیک پایه آبی در ضخامت 2 میلی متر تهیه شد و مشخصات ساختاری آن ها، توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی بررسی شد. مقدار عایق سازی پوشش ها در برابر امواج الکترومغناطیس، توسط دستگاه تحلیلگر شبکه برداری در محدوده بسامدی 8-12 گیگاهرتز اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت پرکننده ها، شبکه متراکم رسانا از آن ها در زمینه شکل می گیرد که موجب برهمکنش بیشتر با امواج الکترومغناطیس شده و در نهایت جذب بیشتر می شود. حضور همزمان هر سه عامل تقویتکننده جذب امواج شامل: نانولوله های کربنی، پلی آنیلین-اکسید آهن و نانوسیم های نیکل بهترتیب با بهبود هدایت الکتریکی و مغناطیسی زمینه، میزان عایق سازی موثر بزرگتری را در مقایسه با حالت های تک و یا دو جزیی ارایه کردند. درنهایت، ارزیابی ها مشخص نمود که نانوکامپوزیت متشکل از هر سه پرکننده با 6 درصد وزنی، با عایق سازی موثر 22 دسیبل، ایده آل ترین عملکرد را در محدوده بسامدی X در مقایسه با سایر نانوکامپوزیت ها دارد.
کلیدواژگان: عایق منعطف امواج الکترومغناطیس، نانوکامپوزیت چندجزئی، پلی آنیلین، نانوسیم های نیکل، نانولوله های کربنی -
صفحات 45-56
در این تحقیق، پوششدهی نانوذرات هگزاسیانوفرات نیکل (NiHCF) روی بستر توری فولاد زنگنزن (SSM) به روش رسوبنشانی شیمیایی و بهمنظور افزایش کارایی ابرخازن الکتروشیمیایی بررسی شد. الکترود ساخته شده با استفاده از روشهای پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FE-SEM) شناسایی شد و وجود نانوذرات هگزاسیانوفرات نیکل روی بستر موردنظر تایید شد. نتایج نشان داد که عملکرد الکترود ابرخازنی بهبود یافته است. افزایش کارایی الکتروشیمیایی الکترود هگزاسیانوفرات نیکل بدون نیاز به اتصالدهنده (چسب) انجام شد و کارایی آن بهمنزله الکترود ابرخازنی در محلول 5/0 مولار سولفات سدیم با استفاده از آزمونهای ولتامتری چرخهای و شارژ/دشارژ جریان ثابت بررسی شد. نتایج بهدستآمده نشان داد که ظرفیت ویژه بالای 7/465 فاراد بر گرم در نرخ تخلیه 1 آمپر بر گرم و توان جریاندهی مناسب است، و با توجه به ظرفیت و ساختار مناسب، میتوان از این ماده فعال در کاربردهای عملی ابرخازنها استفاده کرد.
کلیدواژگان: ابرخازن، رسوب نشانی، هگزاسیانوفرات نیکل، خواص الکتروشیمیایی -
صفحات 57-69
در این پژوهش، هیدروژلهای ژلاتین/کیتوسان/اکسید روی بهروش ریختهگری محلول پلیمری در ترکیب با روش خشککردن انجمادی تهیه و تاثیر افزودن 5/1 درصد وزنی نانوذرات اکسید روی بر ویژگیهای ریزساختاری و فیزیکی شیمیایی داربستهای کراسلینک شده یا 5/1 درصد وزنی جنیپین مطالعه شد. آنالیز تبدیل فوریه مادون قرمز نشاندهنده برهمکنشهای فیزیکی پلیمر و اکسید روی بود. با افزودن اکسید روی، میزان تخلخل هیدروژلها از حدود 93 به 94 درصد افزایش یافت (05/0 > P). تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) داربستهای نانوکامپوزیتی، نشاندهنده تشکیل ریزساختار متخلخلی از حفرات مشخص بههمپیوسته با متوسط اندازه حفرات 200 میکرون بود. توانایی جذب آب هیدروژلهای ژلاتین/کیتوسان در دمای اتاق و دمای 37 درجه سلسیوس با افزودن اکسید روی، بهترتیب، از 1043 به 988 و از 1206 به 1040درصد کاهش یافت، اما افزایش قابلتوجهی در سرعت تورم اولیه آنها دیده شد. با افزودن نانوذرات، تخریب برونتنی داربستها سریعتر رخ داد. با توجه به یافتههای این پژوهش، هیدروژلهای ژلاتین/کیتوسان/اکسید روی، که ویژگیهای ریزساختاری مطلوب (یعنی، توزیع یکنواختی از حفرات بههمپیوسته) و سرعت تورم اولیه بالایی دارد، بهمنزله بستری بالقوه برای استفاده در سامانههای دارویی یا حوزه مهندسی بافت پیشنهاد میشوند.
کلیدواژگان: هیدروژل، ژلاتین، کیتوسان، اکسید روی -
صفحات 71-87
هیدروژل تزریقی که خواص عضله قلب را داشته باشد، چشمانداز مهمی در مهندسی بافت قلب است. هدف از این تحقیق، ساخت داربست هیدروژلی قابل تزریق و حساس به دمای کیتوسان/ژلاتین و گلیسرول فسفات است که دارای خواص هدایتپذیری و رسانایی باشد تا بتواند با انتقال پالسهای الکتریکی موجب تسریع در فرایند رشد سلولهای قلبی و ایجاد بافت قلبی شود. ابتدا نانو کامپوزیت پلی آنیلین/نانولوله کربن چند دیواره کربوکسیله (PAni/c-MWNT) سنتز شد. برای جلوگیری از واکنش نانوکامپوزیت PAni/c-MWNT با هیدروژل، نانوکامپوزیت با ژلاتین واکنش داده و به شکل PAni/c-MWNT/G درآمد. سپس نانوکامپوزیت PAni/c-MWNT/G در سراسر زمینه کیتوسان ژلاتین بهمنظور ارایه نشانههای الکتریکی پراکنده شد. دما و زمان ژل شدن و ویژگیهای مکانیکی هیدروژل با استفاده از ریومتر اندازهگیری شد. طیف FTIR نشان داد برهمکنش بین آنیلین و نانولوله کربن موقعیت پیکهای کنون و بنزن را تغییر داده است. هدایتپذیری نانوکامپوزیت در مقایسه با پلیمرهای خالص بیشتر میباشد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی، توزیع یکنواخت نانوکامپوزیت را در سراسر داربست تایید کرد. نرخ تخریب داربست رسانا نسبت به داربست خالص کمتر میباشد. نتایج آزمایش MTT نشاندهنده زیست سازگاری هیدروژل با سلولها بود. هیدروژل حاوی سلولهای بنیادی مزانشیمی به مدت 14 روز کشت داده شد. در این مطالعه برای اولینبار، از نانوکامپوزیت پلی آنیلین/نانولوله کربن کربوکسیله/ژلاتین (PAni/c-MWNT/G) بهمنظور افزایش هدایتپذیری ژل تزریقی کیتوسان/ژلاتین/گلیسرول فسفات برای ساخت داربست رسانا استفاده شده است. این هیدروژل تزریقی رسانا را میتوان برای بازسازی بافت قلب و همچنین دیگر بافتهای الکترواکتیو مورد استفاده قرار داد.
کلیدواژگان: کیتوسان، ژلاتین، نانو لوله کربن، پلی آنیلین، داربست رسانا، هیدروژل حساس به دما، مهندسی بافت قلب
-
Pages 1-12
Alpha-tricalcium phosphate can be used as a powder component in the preparation process of calcium phosphate cements in hard tissue applications. In this study, the mentioned powder was synthesized through chemical precipitation method using calcium nitrate and diammonium hydrogen phosphate as the raw materials. The resulting powder was heat-treated at 1250 °C and quenched at the ambient temperature. The results of X-Ray Diffraction (XRD) analysis and Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy confirmed the formation of crystalline Alpha-tricalcium phosphate phase and presence of P-O chemical groups, respectively. The Single-component cement was prepared using Alpha-tricalcium phosphate powder with the liquid phase containing 2.5 % disodium hydrogen phosphate. The resulting cement sample had an initial setting time of 17 1 minute and the compressive strength of 21 2 MPa. The XRD and FTIR experiments revealed the formation of a great amount of calcium deficient hydroxyapatite as the resulting cement product. According to the findings, the cement setting occurred through the hydrolysis of Alpha-tricalcium phosphate powders and the formation of calcium deficient hydroxyapatite nanoflakes of approximately 500 nm in length. Finally, the cement acellular bioactivity experiment confirmed that the hydroxyapatite was formed on the outer surface of the cement during 14 days of immersion in the simulated body fluid.
Keywords: Alpha-Tricalcium Phosphate, Synthesis, Cement, Calcium Deficiency Hydroxyapatite -
Pages 13-26
In this study, the change of the structure of Nepheline (Neph) (including two minerals, syenite and microcline) was studied, using hydrothermal and milling methods by the 2 % mol. soda (NaNeph) and 30 wt % lime (CaNeph), respectively. The X-ray diffraction and Raman spectra show that, the structure of the microcline phase in the (CaNeph) sample remained stable but the structure of Nepheline was somewhat degraded. The main characteristic XRD peaks of Nepheline in the NaNeph sample at 28º stayed compared to the CaNeph one. According to Raman spectroscopy the structural order of alumina-silicate rings in CaNeph sample was higher than Neph due to the 3 hs. milling and entering of the alkaline earth elements into the ring structure. Finally, Nepheline bearing glass samples with chemical composition of 6 wt % Al2O3-65.5 wt % SiO2-13 wt % Na2O-16 wt % CaO were used. The amounts of used Nepheline in the composition of glasses were 25 to 38 % by weight (depending on the final composition). The difference in thermal behavior of GCaNeph, GNaNeph and GNeph glasses was compared by means of thermal analysis (DTA/TG) and volumetric change (dilatometry). The glass transition temperatures were 25, 37 ºC increased in GCaNeph and GNaNeph compared to Neph samples (without processing) respectively. The chemical resistance of GCaNeph and GNaNeph glasses in the present work was 4 times higher than GNeph. The density of GCaNeph glass in the present work was 0.9 g/cm3 higher than GNeph.
Keywords: Nepheline, Glass, Structure, Processing -
Pages 27-43
The main objective of this research was to fabricate a flexible Multi-component Nanocomposite (MN) cover with high efficiency to absorb Electro-Magnetic Waves (EMW). For this purpose, nine MNs containing Carbon Nanotubes (CNTs), core-shell structure of Polyaniline-Fe3O4 (PANI), and Nickel Nanowires (NiNW) were prepared with different weight percentages of 2, 4, and 6 with the thickness of 2 mm within the waterborne polyacrylic. Then, their structural characteristics were investigated through Field-Emission Electron Microscopy (FE-SEM). The protection value of the covers against EMW were measured using a Vector Network Analyzer (VNA) machine at the frequency range of 8-12 GHz. The results revealed that followed by an increase in the concentration of the fillers, they formed a dense and conductive network within the matrix, thus leading to more interaction by EMW and eventually more absorption. The simultaneous presence of all three of EMW absorbtion enhancers including CNTs, PANI, and NiNW offered a more effective shielding than that in both single and double components by improving the matrix electrical and magnetic conductivity. Finally, the evaluations proved that the nanocomposite containing the mentioned three fillers with the wight percentage of 6 wt % and effective shielding of 22 dB exhibited the most ideal performance between other nanocomposites over the X-frequency range.
Keywords: Electromagnetic Wave Absorber, Multicomponent Nanocomposite, Polyaniline, Nickel Nanowires, Carbon Nanotubes -
Pages 45-56
Energy storage is one of the most important issues in the scientific community. Among the other significant concerns in this field are the economic and environmental issues. Chemical deposition has attracted the attention of a number of researchers owing to its advantages such as its binder-free, fast, and simple electrode, compared to the electrochemical synthesis, as well as its one-step production and coating. In this research, a coating of Nickel hexacyanoferrate nanoparticles (NiHCF) was deposited on a Stainless-Steel Mesh (SSM) substrate through the chemical deposition method. The electrode was analyzed through X-Ray Diffraction (XRD) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) methods based on which, the presence of nickel hexacyanoferrate nanoparticles on the substrate was confirmed. The electrochemical performance of the binder-free NiHCF electrode as the supercapacitor electrode in a solution containing 0.5 M sodium Sulfate (NaOH) aqueous electrolyte (vs. Ag/AgCl) electrode was evaluated using the cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge tests. According to the findings, the mentioned electrodes were characterized by a high specific capacitance of 465.7 F g-1 and current density of 1 A g-1, an appropriate rate capability and structure. The current research primarily aimed to obtain an electrode with high specific capacity and acceptable stability, and the obtained results highlighted its wide applications as the supercapacitor.
Keywords: Supercapacitors, Chemical Deposition, Nickel Hexacyanoferrate, Electrochemical Performance -
Pages 57-69
In the present study, gelatin/chitosan/zinc oxide hydrogels were prepared through solvent casting method in combination with lyophilization. In addition, the effects of adding 1.5 wt % zinc oxide nanoparticles on the microstructural and physico-chemical characteristics of genipin-crosslinked scaffolds were evaluated. The porosity of the newly formed hydrogels increased from about 93 up to 94 % (P < 0.05). Images taken by a Scanning Electron Microscope (SEM) illustrates the formation of a porous microstructure of distinct interconnected holes with an average size of 200 microns. Water absorption capacity of nanocomposite hydrogels at room temperature and 37 °C decreased from 1043 to 988 and 1206 to 1040 %, respectively; however, a significant increase in their initial swelling rate was observed. Upon adding nanoparticles, the in vitro degradation of scaffolds occurred faster than usual. According to the findings of this research, gelatin/chitosan/zinc oxide hydrogels which is characterized by favorable microstructural characteristics (i.e., uniform distribution of interconnected pores) and high initial swelling rate can be used as a potential substrate in the field of tissue engineering.
Keywords: Hydrogel, Gelatin, Chitosan, Zinc Oxide -
Pages 71-87
Injectable hydrogels that mimic heart tissues can be considered a promissing perspective towards the future developments of cardiac tissue engineering. This study aims to fabricate an injectable, thermosensitive hydrogel consisting of chitosan/gelatin/glycerol phosphate. Due to their unique electro-conductivity characteristic, hydrogels can provide a suitable environment to accelerate cardiac cell proliferation. Polyaniline/multi-walled carboxylated carbon nanotube (PAni/c-MWNT) was prepared using Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) emulsion. To prevent the interaction between the PAni/c-MWNT nanocomposite and hydrogel, the nanocomposite was coated with gelatin to form polyaniline/carboxylated carbon nanotube/gelatin (PAni/c-MWNT/G). The PAni/c-MWNT/G nanocomposite was then dispersed to provide electrical signals throughout the hydrogel. The gelation time, gel temperature, and mechanical properties of the hydrogel were measured using a rheometer. FTIR spectroscopy results revealed that the interaction between the aniline and c-MWNT/G could change the position of the quinone and benzene peaks. The conductivity of hydrogel-containing nanocomposite was found to be higher than that of c-MWNT and PAni. Scanning Electron Microscopy (SEM) confirmed the uniform distribution of PAni/c-MWNT/G nanocomposite throughout the hydrogel. The degradation rate of conductive hydrogel is lower than that of pure hydrogel. The MTT assay test showed the biocompatibility of the cell-hydrogel. Finally, Mesenchymal Stem Cells (MSCs) were cultured in the hydrogels for 14 days. Cell adhesion, cell viability, and proliferation were also examined. This study utilized PAni/c-MWNT/G, for the first time, to enhance the electro-conductivity of chitosan/gelatin/glycerol phosphate hydrogel. This conductive thermosensitive injectable hydrogel can be used to regenerate cardiac tissue and other electroactive tissues.
Keywords: Chitosan, Gelatin, PAni, c-MWNT, Thermosensitive Conductive Hydrogels, Cardiac Tissue Engineering