فهرست مطالب

مواد پیشرفته در مهندسی - سال چهل و یکم شماره 3 (پاییز 1401)

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و یکم شماره 3 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/27
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شیما محمدی، فرشته رحیمی*، علی حسین رضایان، علی ابویی مهریزی، مهسا صدیقی صفحات 1-12
    سپسیس یکی از علل اصلی مرگ ومیر در بخش مراقبت های ویژه در سراسر جهان است. تشخیص زودهنگام و دقیق نشانگرهای زیستی مرتبط با سپسیس در جلوگیری از پیشرفت بیماری و کاهش مرگ، یک نیاز حیاتی است. در این مقاله، از یک حسگر زیستی نوری بدون برچسب بر پایه طیف سنجی تبدیل فوریه تداخل بازتابی در بستر سیلیکون متخلخل، برای اندازه گیری پروتیین واکنش دهنده  CRP) C) و فاکتور نکروز دهنده توموری آلفا (TNF-α) به عنوان نشانگرهای زیستی شایع سپسیس استفاده شد. سطح لایه سیلیکون متخلخل با اندازه حفرات در بازه 5 تا 50 نانومتری و تخلخل 70 درصدی به منظور اتصال زیستی کووالانسی آپتامر، توسط 3- آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان (APTES) و گلوتارآلدهید (GA) اصلاح شیمیایی شد تا توانایی به دام انداختن آنالیت هدف را به دست آورد. با بررسی پرتو بازتاب شده از لایه متخلخل و طیف سنجی تبدیل فوریه تداخل بازتابی می توان ضریب شکست لایه متخلخل را محاسبه کرد که با تغییرات میزان حضور غلظت های مختلف نشانگرهای زیستی تغییر می کند. نتایج آزمایش ها رفتار خطی در غلظت های 10 تا 10000 نانوگرم بر میلی لیتر در پروتیین واکنش دهنده C و در غلظت های 100 تا 10000 نانوگرم بر میلی لیتر در فاکتور نکروز دهنده توموری آلفا و همچنین انتخاب پذیری این حسگر زیستی را نشان داد که پتانسیل بسیار بالایی برای توسعه درزمینه تشخیص بالینی سپسیس را ارایه می دهد.
    کلیدواژگان: سپسیس، طیف سنجی تبدیل فوریه تداخل بازتابی، سیلیکون متخلخل، پروتئین واکنش دهنده C، فاکتور نکروز دهنده توموری آلفا
  • علی دانش نیا، کیوان رئیسی*، پریناز صالحی کهریزسنگی صفحات 13-29
    در این پژوهش پوشش های فوق آب گریز نیکل و کبالت با ساختار سلسله مراتبی میکرو- نانومتری طی یک مرحله رسوب دهی الکتریکی سریع روی زیرلایه مسی ایجاد شد. ریزساختار، ترشوندگی، مقاومت به خوردگی، خاصیت های خودتمیزشوندگی و ضدیخ زدگی پوشش ها به ترتیب از طریق میکروسکوپ الکترونی روبشی، اندازه گیری زاویه تماس، آزمون امپدانس الکتروشیمیایی، استفاده از پودر آلومینا به عنوان آلودگی و قرارگیری در دمای منفی 15 درجه سانتی گراد ارزیابی شدند. طبق نتایج حاصل، انجماد قطره آب روی سطح پوشش نیکل با زاویه تماس بالاتر (172/3 درجه) نسبت به پوشش کبالت (155/6 درجه)، در حدود 6 دقیقه دیرتر رخ می دهد. هر دو پوشش به دلیل انرژی سطحی پایین از روغن گریزی خوبی برخوردار بودند و برای گلیسرول و اتیلن گلیکول زوایای تماس آب بالای 120 درجه را به همراه داشتند. مقاومت انتقال بار بسیار بالای 2370 و 756/3 کیلو اهم در سانتی متر مربع به ترتیب برای پوشش های نیکل و کبالت پس از رسیدن به پتانسیل مدار باز در محلول 3/5 درصد نمک ثبت شد. پس از 16 روز غوطه وری در محلول آب نمک، زاویه تماس پوشش ها همچنان در محدوده آب گریز و به ترتیب معادل 128/7 درجه و 98/6 درجه برای پوشش های نیکل و کبالت به دست آمد. برای پوشش کبالت، با وجود رفتار ترشوندگی ضعیف تر، خاصیت خودتمیزشوندگی بهتری مشاهده شد که به مناسب تر بودن میکروساختار سطحی آن در مقایسه با پوشش نیکل مربوط است.
    کلیدواژگان: فوق آب گریزی، رسوب دهی الکتریکی، مقاومت به خوردگی، روغن گریزی، ضدیخ زدگی، خودتمیزشوندگی
  • معصومه شهریاری، حسین جمالی، حجت الله منصوری، محمدرضا لقمان استرکی*، مهران سرداریان صفحات 31-40

    در این پژوهش، ساخت آلومینای شفاف با استفاده از روش تفجوشی پلاسمای جرقه ای انجام شد. دو نوع پودر آلفا و گاما آلومینا با اندازه ذرات به ترتیب (200 و 50 نانومتر) مورد استفاده قرار گرفت. کمک تفجوش های مورد استفاده در این پژوهش، نیترات منیزیم و نیترات لانتانیوم بود که هرکدام به میزان 100 ppmبا استفاده از فرایند رسوب شیمیایی استفاده شدند. عملیات کلسینه کردن در دمای 800 درجه سانتی گراد انجام شد و پودرهای حاصله تحت تفجوشی پلاسمای جرقه ای تفجوشی پلاسمای جرقه ای در دمای 1500 درجه سانتی گراد با نرخ 50 درجه سانتی گراد بر دقیقه، به مدت 15 دقیقه ماندگاری و فشار 70 مگاپاسکال قرار گرفتند. به منظور فازیابی قبل و بعد از تفجوشی پلاسمای جرقه ای، آنالیز پراش پرتو ایکس انجام شد و بررسی ریخت پودرها و ریزساختار نمونه های تفجوشی شده، با استفاده از آنالیز میکروسکوپی الکترونی روبشی صورت گرفت. چگالی بالک در نمونه آلفا 3/94 گرم بر سانتی مترمکعب و در نمونه گاما 3/9 گرم بر سانتی مترمکعب حاصل شد. آزمون عبور مریی- فرابنفش نشان دهنده 20 درصد عبور در نمونه آلومینای آلفا بود. میزان عبور  فروسرخ در نمونه آلفا، 65 درصد و گاما، 25 درصد حاصل شد. نمونه آلفا آلومینا از درصد عبور و چگالی بالاتر در مقایسه با گاما برخوردار بود.

    کلیدواژگان: آلومینای آلفا و گاما، تفجوشی جرقه ای پلاسما، شفافیت، درصد عبور، کمک تفجوش
  • امیرحسین نصوحی، سید مهدی رفیعائی، مرضیه ابراهیمی*، احمد کرمانپور صفحات 41-49

    استفاده از مواد تبدیل کننده کاهشی به عنوان مواد کاهنده طول موج فوتون های ورودی به سیستم های فتوولتاییک به عنوان یک راهکار برای بهبود عملکرد این سیستم ها معرفی شده است. بر همین اساس، هدف از پژوهش حاضر، سنتز ماده تبدیل کننده کاهشی وانادات ایتریم آلاییده شده با یوروپیم (+YVO4:Eu3) و بررسی خواص فوتولومینسانس آن پس از لایه نشانی روی سلول های خورشیدی سیلکونی بود. بدین منظور، از روش سنتز احتراقی برای تولید پودر وانادات ایتریم آلاییده شده با یوروپیم استفاده شد. پودر حاصل دارای اندازه ذراتی در حدود 80 نانومتر بود. طیف سنجی فوتولومینسانس، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و آزمون جذب در ناحیه فرابنفش- مریی به منظور بررسی خواص پودر سنتز شده، قابلیت لایه نشانی آن روی سلول های خورشیدی و تاثیر آن بر عملکرد سلول انجام شد. نتایج نشان داد وانادات ایتریم آلاییده شده با یوروپیم سنتز شده به روش احتراقی از طریق جذب نور فرابنفش و تبدیل آن به نور مریی می تواند به عنوان یک ماده تبدیل کننده کاهشی موثر عمل کند. از این رو، پیشنهاد می گردد که لایه نشانی ماده وانادات ایتریم آلاییده شده با یوروپیم روی سلول خورشیدی سیلیکونی، می تواند یک روش امیدبخش و موثر برای بهبود عملکرد سلول خورشیدی سیلیکونی از نظر بازده تبدیل توان و پایداری بلندمدت باشد.

    کلیدواژگان: وانادات ایتریم آلائیده شده با یوروپیم، ماده تبدیل کننده کاهشی، سنتز احتراقی، خواص فوتولومینسانس
  • سعید حسین رضا، مجید طاووسی*، محمدرضا دهنوی صفحات 51-61
    در پژوهش حاضر تاثیر عملیات حرارتی کوینچ و پارتیشن بندی بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد AISI 4130 مورد بررسی قرار گرفته است. فرایند مورد بحث در دمای کوینچ 270 درجه سانتی گراد و سه دمای پارتیشن بندی 270، 330 و 380 درجه سانتی گراد دنبال شد. مشخصه یابی ساختار فازی نمونه های حاصل توسط آزمون های پراش سنج پرتو ایکس و میکروسکوپی الکترونی روبشی انجام شد. خواص مکانیکی نمونه ها نیز توسط آزمون سختی سنجی و آزمون کشش طبق استاندارد  ASTM E8 دنبال شد. نتایج حاصل نشان داد که با انجام فرایند کوینچ و پارتیشن بندی در فولاد AISI 4130 با حفظ درصد ازدیاد طول (در حدود 9/6 درصد)، استحکام کششی تا حدود 1450 مگاپاسکال قابل افزایش است. این مقدار افزایش، در حدود 20 درصد بیشتر از استحکام حاصل از فرایند معمول کوینچ و تمپر در مورد این فولاد است. شرایط بهینه عملیات کوینچ و پارتیشن بندی، دمای پارتیشن بندی 330 درجه سانتی گراد و زمان 120 دقیقه تعیین شد. انجام پارتیشن بندی در دماهای پایین تر قادر به پایدارسازی فاز آستنیت نبوده، پارتیشن بندی در دماهای بالاتر تجزیه آستنیت و رسوب کاربید را به دنبال دارد.
    کلیدواژگان: کوئنچ و پارتیشن بندی، فولاد AISI 4130، خواص مکانیکی، ریزساختار، آستنیت
  • فاطمه سعیدپور* صفحات 63-77
    اخیرا، پوشش های نیکل-تنگستن (Ni-W) به عنوان یک لایه مقاوم به خوردگی، مقاوم در برابر سایش و دارای سختی بالا توسط بسیاری از محققین مورد بررسی قرار گرفته اند. با این حال، برای بهبود عملکرد این پوشش ها، از ذرات تقویت کننده و تشکیل کامپوزیت نیز استفاده می شود. بنابراین در این کار تحقیقاتی پوشش کامپوزیتی نیکل-تنگستن تقویت شده با ذرات اکسید سریم (CeO2) به روش آبکاری الکتریکی با جریان پالسی بر روی فلز مس خالص ایجاد شد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، ریز ساختار، ترکیب شیمیایی و ضخامت پوشش اعمالی مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز اشعه ایکس (XRD) برای تعیین فازهای تشکیل شده در پوشش اعمالی استفاده شد. اثر پارامترهای فرایند آبکاری پالسی شامل درصد زمان روشنایی، فرکانس و شکل موج جریان بر روی میزان هم رسوبی ذرات تقویت کننده در زمینه نیکل-تنگستن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد درصد افزایش زمان روشنایی تا 70 درصد، افزایش فرکانس تا 100 هرتز و استفاده از جریان پالسی با شکل موج مربعی باعث رسوب ذرات بیشتری در پوشش شد. پوشش کامپوزیتی تحت این شرایط بهینه، با توزیع یکنواخت از ذرات تقویت کننده، ضخامت یکنواخت و چسبندگی بسیار خوب به زیرلایه، تشکیل شد.
    کلیدواژگان: آبکاری الکتریکی پالسی، پوشش کامپوزیتی نیکل-تنگستن، اکسید سریم، درصد زمان روشنایی، فرکانس، شکل موج
|
  • Sh. Mohammadi, F. Rahimi *, A.H. Rezayan, A. Abouei Mehrizi, M. Sedighi Pages 1-12
    Sepsis is one of the leading causes of death in intensive care units (ICU) and is becoming more prevalent globally. As a result, an accurate and timely diagnosis of sepsis is critical for selecting the best treatment to prevent disease progression and mortality. In this study, CRP and TNF-α as common biomarkers of sepsis were detected using a label-free optical biosensor based on interferometric Fourier transform spectroscopy from a porous silicon substrate. The porous silicon layer was chemically modified with APTES and glutaraldehyde to immobilize the aptamer covalently in order to capture the analyte. The refractive index of the porous layer was determined by analyzing the reflection spectrum from the porous layer, which was associated with different biomarker concentrations. The results demonstrated linear responses in concentrations ranging from 10-10000 ng/ml for CRP and 100-10000 ng/ml for TNF-α and the biosensor's high discrimination. Thus, it has a high potential for advancement in clinical sepsis diagnosis.
    Keywords: Sepsis, Reflectometric interference Fourier transform spectroscopy (RIFTS), porous silicon, CRP, TNF-α
  • A. Daneshnia, K. Raeissi *, P. Salehikahrizsangi Pages 13-29
    In this research, superhydrophobic nickel and cobalt coatings with a hierarchical micro-nano structure were deposited on copper substrate by rapid one-step electrodeposition. The microstructure, wettability, corrosion resistance, self-cleaning and anti-icing properties of the coatings were evaluated using a scanning electron microscope (SEM), contact angle measurement, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), alumina powder as contaminants and keeping at minus 15 °C, respectively. According to the obtained results, nickel coating with a higher contact angle of 172.3° delays the freezing of the droplet on the surface by 6 min more than the cobalt coating with a lower contact angle of 155.6°. The surface energies of both coatings were low enough to benefit from oleophobicity and for glycerol and ethylene glycol, both coatings had water contact angles higher than 120°. When the open circuit potentials were atablized in 3.5 wt.% NaCl solution, very high charge transfer resistances of 2370 and 756.3 kΩ.cm2 were recorded for nickel and cobalt coatings, respectively. After 16 days of immersion in saline solution, the contact angles were still in the hydrophobic range (128.7° and 98.6° for nickel and cobalt coatings, respectively). For cobalt coating with more appropriate surface microstructure and despite its lower water contact angle compared to nickel coating, better self-cleaning properties were observed.
    Keywords: Superhydrophobicity, electrodeposition, corrosion resistance, Oleophobicity, Anti-icing, Self-cleaning
  • M. Shahriari, H. Jamali, H. Mansouri, M. R. Loghman Estarki *, M. Sardarian Pages 31-40

    In this research, the fabrication of transparent Alumina was done by spark plasma sintering (SPS). Two types of alpha and gamma Alumina powders with particle size of 200 and 50 nm were used, respectively. The sintering assisted materials used in this research were magnesium nitrate and lanthanum nitrate, each of which was used 100 ppm using a chemical precipitation process. Calcination was performed at 800°C and the resulting powders were subjected to SPS at 1500 °C with a rate of 50 °C/min for 15 minutes under a pressure of 70 MPa. The phase composion was analyzed by X-ray diffraction (XRD) before and after SPS. The morphology of the powders and the microstructure of the sintered samples were studied using scanning electron microscopy (SEM). The bulk density was obtained to be 3.94 gr/cm3 and 3.9 gr/cm3 in the alpha and gamma samples, respectively. The UV-Visible transmission test showed 20% transmission in the alpha alumina sample. The amount of IR transmission in the alpha and gamma samples was obtained to be 65% and 25%, respectively. The alpha alumina sample had a higher transmission percentage and density compared to the gamma sample.

    Keywords: Alpha, Gamma Alumina, Spark plasma sintering, transparency, Transmission percentage, Sintering assisted
  • A. H. Nosohi, S. M. Rafiaei, M. Ebrahimi *, A. Kermanpur Pages 41-49

    Recently, luminescent down-shifting materials, as promising materials, have attracted much interest to improve the performance of photovoltaic systems. Accordingly, the aim of this study was to synthesize the YVO4:Eu3+ powder by combustion method and characterize their photo luminescent properties as a layer deposited on silicon solar cell. The results of the study revealed that the YVO4:Eu3+ powder with an average particle size of about 80 nm was successfully synthesized. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), ultraviolet-visible spectroscopy, and photoluminescence spectroscopy (PL) were used to investigate the properties of the synthesized powder, their deposition ability on the silicon solar cell, and their effects on the cell performance. The results indicated that the synthesized powder as a luminescent down-shifting material can absorb the ultraviolet light and convert it to visible light. The findings revealed that the deposition of YVO4:Eu3+ on the silicon solar cells can be considered as a promising and effective method to improve the performance of silicon solar cells in terms of power conversion efficiency and long term stability.

    Keywords: YVO4:Eu3+, luminescent down-shifting materials, Combustion synthesis, photoluminescence properties
  • S. Hossain Reza, M. Tavoosi *, M.R. Dehnavi Pages 51-61
    In this study, the effect of quenching and partitioning (Q&P) heat treatment on the structural and mechanical properties of AISI 4130 steel was investigated. The Q&P process was followed at a quench temperature of 270 oC and three different partitioning temperatures of 270, 330, and 380 oC. The phase and structural characterization of the prepared spicimens were done using X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The mechanical properties of the samples were also monitored by hardness and tensile test according to ASTM E8 standard. The results showed that the tensile strength can be increased up to 1450 MPa while maintaining the elongation percentage (about 9.6%) by performing the Q&P process on the AISI 4130 steel. This strength is about 20% greater than that of obtained by the usual quench and tempering process in this steel. Optimum partitioning temperature and time for AISI 4130 steel were determined to be 330 °C and 120 minutes, respectivly. Partitioning at lower temperatures could not stabilize the austenite phase, while partitioning at higher temperatures caused the decomposition of the austenite phase and carbide precipitation.
    Keywords: Quenching, partitioning, AISI 4130 steel, mechanical properties, Microtructure, Austenite
  • F. Saeidpour * Pages 63-77
    Recently, nickel-tungsten (Ni-W) coatings have been investigated by many researchers as a corrosion-resistant, wear-resistant, and high-hardness layer. However, reinforcing particles is also used to form composite and improve the performance of these coatings. Therefore, in this research work, Ni-W composite coating reinforced with CeO2 particles was formed by electroplating method with pulse current on pure copper metal. The microstructure, chemical composition, and thickness of the applied coating were investigated using field emission scanning electron microscope (FESEM). X-ray diffraction (XRD) was used to determine the phases formed in the applied coating. The effect of the parameters of the pulse plating process, including duty cycle, frequency, and waveform was investigated on the co-precipitation of reinforcing particles in the Ni-W matrix. The results showed that increasing duty cycle up to 70%, increasing the frequency up to 100 Hz, and using pulsed current with a square wave shape caused more particles to deposit in the coating. Under these optimal conditions, the composite coating was formed with uniform distribution of reinforcing particles, uniform thickness, and very good adhesion to the substrate.
    Keywords: Pulse electroplating, Ni-W, CeO2 composite coating, Duty cycle, frequency, Waveform