فهرست مطالب
مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال یازدهم شماره 3 (پاییز 1401)
- تاریخ انتشار: 1402/02/31
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-14
در این پژوهش، تاثیر اعمال سیکلهای حرارتی بر رفتار ضربه چندلایه الیاف - فلز ساختهشده از آلومینیم و کامپوزیت اپوکسی - الیاف کربن بررسی شد. بدینمنظور، در ابتدا چندلایههای الیاف فلز با چیدمانهای متفاوت الیاف کربن (0/ 0/ 0/ 0، 90/ 90/ 90/ 90، 30+/ 30-/ 30-/ 30+ و 0/ 90/ 90/ 0) ساخته شدند و تحت سیکلهای حرارتی، 0، 1، 10، 30، 50، 70 و 90 قرار گرفتند. برای انجام هر سیکل حرارتی، نمونهها ابتدا داخل آون بهمدت 15 دقیقه قرار داده شدند تا دمای آنها از دمای محیط به دمای 100 درجه سلسیوس برسد. سپس، نمونهها بهمدت 5 دقیقه در این دما نگهداری شدند و پس از آن از آون خارج و در دمای محیط بهمدت 15 دقیقه رها شدند تا دمای آنها به دمای محیط برسد. سپس، رفتار ضربه این نمونهها بهکمک آزمون ضربه چارپی بررسی شد و سازوکارهای مرتبط توسط روشهای ماکروساختاری و میکروساختاری شناسایی شدند. نتایج بهدستآمده نشان داد که اعمال سیکلهای حرارتی بر چیدمانهای تکجهته (0/ 0/ 0/ 0 و 90/ 90/ 90/ 90) در ابتدا باعث بهبود قابلیت جذب انرژی در این سازهها میشود که بهترتیب بیشترین بهبود در این چیدمانها 4/21 و 4/19 درصد هستند. همچنین، نتایج نشان داد که سازوکارهای بهبود و کاهش قابلیت جذب انرژی، با تغییر چیدمانها، به سیکلهای حرارتی بالاتر منتقل شدند. بررسی میکروساختاری نشان داد که رفتار شکست با اعمال سیکل حرارتی تغییر کرده و چسبندگی بین الیاف کربن و زمینه اپوکسی از بین رفته است.
کلیدواژگان: چندلایه الیاف، فلز، رفتار ضربه، سیکل حرارتی، الیاف کربن -
صفحات 15-30
در این مطالعه، داربستهای نانوالیاف، در چند لایه، برای کاربرد مهندسی بافت لایه پوششی (اپیتلیال) قرنیه با فیبرویین/کلاژن/آلویهورا ساخته و ارزیابی شدند. داربستهای نانوالیاف، برای مهندسی بافت لایه پوششی قرنیه، برپایه فیبرویین ابریشم و کلاژن حاوی آلویهورا و فاکتور رشد پوشش، بهمنزله عوامل تقویتکننده و محرک در ترمیم بهتر قرنیه، ساخته شدند. بدینمنظور، داربستهای سهلایه نانوالیافی با ترکیبی از روشهای الکتروریسی و الکتروپاشش و با مشخصهیابی بهکمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، بررسی کاهش وزن، زاویه تماس آب و فاکتور رشد تهیه شدند. رهایش، آزادسازی و خواص مکانیکی ایستای داربستها نیز بررسی شدند. ویژگیهای زیستی مانند اتصال سلولی، زنده ماندن سلول و قابلیت تمایز داربست نیز ارزیابی شدند. نتایج این مطالعه نشان داد که میتوان، به این طریق، محصولی تهیه کرد که جایگزینی مناسب با ضخامت و ساختار نانوالیافی با خواص مهندسی و زیستی برای ترمیم لایه پوششی آسیبدیده قرنیه باشد.
کلیدواژگان: داربست نانوالیافی، کلاژن، فیبروئین ابریشم، فاکتور رشد روپوستی -
صفحات 31-42
دمای زیرلایه نقش مهمی در تحرک گونه های کربنی و سازوکار رشد و تشکیل لایه کربن آمورف با مشخصه شبه الماسه دارد. ساختار کربن آمورف تحت تاثیر دمای زیرلایه می تواند به سمت ساختار شبه الماسه و شبه گرافیته تغییر کند. از این رو در پژوهش حاضر، تغییرات ساختاری پوشش کربن شبه الماس با تغییر دمای زیرلایه توسط فرایند رسوب دهی پرتو یونی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، پارامتر دمای زیرلایه جهت لایه نشانی پوشش کربن شبه الماس، مقادیر 80، 110 و 140 درجه سلسیوس در نظر گرفته شد. جهت ارزیابی ساختار و ترکیب شیمیایی پوشش های ایجادشده تحت تاثیر دمای زیرلایه، از آنالیزهای طیف سنجی رامان و فوتوالکترون پرتوی ایکس (XPS) و برای ارزیابی ضخامت و زبری سطح پوشش های اعمالی، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و نیروی اتمی (AFM) استفاده شد. مطابق با نتایج، کمترین مقدار زبری سطح پوشش کربن شبه الماس، در دمای زیرلایه 110 درجه سلسیوس مشاهده شد. همچنین کمترین مقدار ID/IG و بیشترین میزان پیوند sp3، در دمای زیرلایه 110 درجه سلسیوس بدست آمد.
کلیدواژگان: رسوب دهی پرتو یونی، دمای زیرلایه، پیوند sp3، کربن شبه الماس -
صفحات 43-55
در این پژوهش، پوشش نانوکامپوزیت Ni-Co/Gr روی زیرلایه فولاد کمکربن به روش آبکاری الکتریکی تحت جریان پالسی معکوس با استفاده از محلول آبکاری وات و در حضور ساخارین همراه با 05/0 گرم بر لیتر گرافن اعمال شد. بهمنظور توزیع بهتر گرافن، محلول آبکاری، در حین پوششدهی، تحت اولتراسونیک قرار گرفت. ریزساختار پوشش توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ نیروی اتمی و پراش پرتو ایکس و مقاومت به خوردگی آن بهوسیله آزمونهای پلاریزاسیون و امپدانس الکتروشیمیایی بررسی شد. نتایج نشان دادند پوشش تشکیلشده از آلیاژ نیکل کبالت دارای سطحی صاف و هموار و حاوی حدود 26 درصد وزنی کبالت است که ذرات تقویتکننده گرافن در زمینه پوشش جایگذاری شدهاند. متوسط اندازه دانههای پوشش کامپوزیت نیکل کبالت/گرافن، حدود 7 نانومتر بود که تشکیل پوشش با ساختار بسیار ریزدانه را نشان میداد. سختی نمونه، با ایجاد پوشش نانوکامپوزیت، از HV220 (سختی فولاد) به HV496 افزایش یافت. نتایج آزمونهای خوردگی نشان داد که مقاومت به خوردگی نمونه پوشش دادهشده، از فولاد بدون پوشش بسیار بیشتر است و در اثر اعمال این پوشش، نرخ خوردگی از mm/year 611/0 به mm/year 0029/0 کاهش یافته است.
کلیدواژگان: پوشش دهی، نانوکامپوزیت، آبکاری الکتریکی، گرافن -
صفحات 57-74
مهمترین راهبرد در مهندسی بافت، ارتباط بین سه جزء زیستماده، یاختههای زنده و مولکولهای فعال زیستی بهمنظور ساخت محیط های نسخهبرداریشده از شرایط بافت آسیبدیده و سپس ترویج بافت با هدف ترمیم و بازسازی است. برای اثرگذاری بالینی، این محیط ها باید تا حد امکان ویژگیهای اصلی ماتریس خارج یاختهای (ECM) را در مقیاس یاختهای تکرار کنند. مهندسی بافت توانسته است داربستهای هیبریدی را برای حمایت از بازسازی بافت غضروف با استفاده از روشهای چاپ سهبعدی طراحی کند. در این مطالعه، داربستهای سهبعدی با استفاده از پلیکاپرولاکتون/پلیلاکتیک کو گلیکولیک اسید (PCL/PLGA) موردتایید FDA طراحی شدند. در ادامه، نانوذرات آلژینات با غلظتهای 40 و 45 (درصدوزنی)، بهمنظور بهبود چاپپذیری، خواص مکانیکی و بررسی زیستسازگاری داربستها، به جوهر زیستی اضافه شد. درنهایت، داربستهای چاپ سهبعدی، براساس خواص مکانیکی، میزان آبدوستی سطح، میزان جذب آب، زیستتخریبپذیری، ریختشناسی سطوح و میزان مانایی یاختهای ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که افزایش درصد نانوذرات آلژینات در جوهر زیستی سبب افزایش درصد تخلخلها، آبدوستی سطح، افزایش خواص مکانیکی، مانایی یاخته و قابلیت چاپپذیری میشود. همچنین، نتایج نشان داد که جذب آب و مدول فشاری در داربستهای PCL/PLGA چاپ سهبعدی حاوی 45 درصد نانوذرات آلژینات، بهینهتر از گروههای دیگر است و این جوهر زیستی میتواند در چاپ سهبعدی داربستهای بهکاررفته برای رفع نواقص مهندسی بافت استفاده شود.
کلیدواژگان: چاپ سه بعدی، آلژینات، پلی کاپرولاکتون، پلی لاکتیک اسید، مهندسی بافت -
صفحات 75-84
در این پژوهش، کامپوزیتهای سیلیس گداخته زیرکونیا با 5 درصد وزنی زیرکونیای پایدارشده، بهروش جرقه پلاسما، تهیه شدند. پودرها بهکمک آسیای پرانرژی در محیط اتانول بهمدت نیم ساعت با هم مخلوط شدند. پس از مخلوطشدن، پودرها در دمای 70 درجه سلسیوس خشک شدند. نمونههای تهیهشده در دماهای 1100، 1200 و 1300 درجه سلسیوس و فشار نهایی MPa 30 تفجوشی شدند. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی نمونهها نشان داد که زیرکونیای تثبیتشده در زمینه سیلیس گداخته یکنواخت توزیع شده است. همچنین، نتایج ارزیابی نشان داد نمونههای تفجوشیشده در دمای 1200 درجه سلسیوس از سایر نمونهها استحکام بیشتری دارند. چگالی نسبی، استحکام خمشی، سختی و چقرمگی این نمونهها بهترتیب 99/99 درصد، GPa40/13، MPa 131 و MPa.m1/2 46/4 بهدست آمد. همچنین مشاهده شد، با افزایش دمای تفجوشی تا دمای 1300 درجه سلسیوس، بهدلیل ایجاد تبلور در سیلیس گداخته و سپس ایجاد ترک در آن، استحکام کاهش یافته، اما سختی و چقرمگی به میزانی جزیی افزایش مییابد.
کلیدواژگان: کامپوزیت، سیلیس گداخته، زیرکونیای پایدارشده با ایتریا، خواص مکانیکی
-
Pages 1-14
In the current study, the effect of performing the thermal cycling on the impact behavior of Fiber Metal Laminates (FMLs) fabricated by aluminum and carbon fibers/epoxy composites was investigated. To this end, first, the FMLs with various configurations of carbon fibers (0˚/0˚/0˚/0˚, 90˚/90˚/90˚/90˚, +30˚/-30˚/ -30˚/+30˚, and 0˚/90˚/90˚/0˚) were fabricated and put into oven under the thermal cycling conditions with 0, 1, 10, 30, 50, 70, and 90 cycles. For each thermal cycle, the samples were put into the oven for 15 min to increase their temperature from the ambient temperature to 100 °C. Then, the temperature was kept constant for five minutes. Next, FMLs were extracted from the oven to reduce their temprature by the ambient temperature for 15 min. Then, the impact behavior of these samples was investigated based on Charpy impact test, and the related mechanisms were characterized by macrostructural and microstructural methods. The obtained results confirmed that followed by the thermal cycling on the unidirectional samples (0˚/0˚/0˚/0˚ and 90˚/90˚/90˚/90˚), the absorbed energy capability was considerably improved. To be specific, the maximum improvement values in these configurations were obtained as 21.4 and 19.4 %, respectively. It was also found that by changing the configurations, the enhancement and reduction of the absorbed energy capability were transferred in the higher thermal cycles. The microstructural investigations revealed that after thermal cycles, the fracture behavior was altered, and the adhesion between carbon fibers and epoxy matrix was deteriorated.
Keywords: Fiber Metal Laminates, Impact Behavior, Thermal Cycle, Carbon Fibers -
Pages 15-30
Recently, corneal transplantation has been proposed as an effective treatment for irreversible corneal damage which facilitates access to healthy corneas; however, lack of allografts made the treatment subject to many limitations in medicine. In this regard, this study aimed to produce multilayer nanofiber scaffolds for corneal epithelial layer tissue engineering with scaffold compounds of fibroin silk/collage-EGF. The samples were first prepared and identified from the perspective of engineering and biology applications. The results of this study showed that an alternative tissue with a suitable thickness and structure of nanofibers with suitable engineering and biological properties was successfully prepared. In addition, a scaffold was prepared in this research for tissue engineering of the corneal epithelial layer based on silk fibroin and collagen containing aloe vera and epithelial growth factor as the contributing factors and stimuli for better corneal repair. For this purpose, nanofiber three-layer scaffolds were prepared by a combination of electrospinning and electrospray methods characterized by engineering features, such as Scanning Electron Microscope (SEM), to study the degradability for their weight loss, water contact angle, and growth factor. Release as well as static and dynamic mechanical properties were also investigated. Biological characteristics such as cell binding and scaffold differentiation potential were further explored. The results of this study showed the successful preparation of an alternative with a suitable thickness and structure of nanofibers with suitable engineering and biological properties. The obtained results confirmed the production of a proper scaffold with suitable thickness and nanofiber structure. Therefore, the prepared product could potentially be used as a suitable alternative for repairing the damaged corneal epithelial layer.
Keywords: Nanofiber Scaffold, Collagen, Silk Fibroin, Epidermal Growth Factor -
Pages 31-42
The substrate temperature plays an important role in the mobility of carbon species as well as the formation and growth mechanism of the amorphous carbon layers with diamond-like characteristics. The amorphous carbon structure can be transformed into the diamond- and graphite-like structure under the effect of substrate temperature. Given that, this study aimed to investigate the structural evolution of the diamond-like carbon coating followed by changing the substrate temperature through the radio frequency direct ion beam deposition. In this regard, the substrate temperature values were obtained as 80, 110, and 140 °C for the deposition of DLC coatings. Raman and X-Ray Spectroscopy (XPS) analyzes were done to evaluate the structure and chemical composition of the coatings. To further investigate the thickness and roughness of the applied coatings, Atomic Force Microscopy (AFM) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) were used. According to the results, the lowest roughness value of the diamond-like carbon coating surface was obtained at the substrate temperature of 110 °C. In addition, the lowest value of ID/IG and the highest amount of sp3 bonding were obtained at the same substrate temperature.
Keywords: Ion Beam Deposition, Substrate Temperature, Sp3 Bond, Diamond-Like Carbon -
Pages 43-55
In this research, Ni-Co/Gr nanocomposite coating was applied on a low carbon steel substrate based on electrodeposition method under pulse-reverse current using watt plating solution in the presence of saccharin with 0.05 g/L graphene. For better graphene distribution, the plating solution was sonicated. The microstructure of the coating was examined by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray diffraction, and its corrosion resistance was assessed by polarization and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) analysis. The results showed that the coating included Ni-Co/Gr alloy with a smooth surface morphology and contained about 26 % by weight of cobalt. Graphene reinforcing particles were co-deposited on the surface. The average grain size of the Ni-Co/graphene composite coating was obtained as about 7 nm, indicating the formation of a very fine-grained structure. The hardness value of the sample increased from 220 HV (microhardness of the substrate) up to 496 HV followed by nanocomposite coating application. The results of the corrosion tests showed that the corrosion resistance of the coated sample was much higher than that of the uncoated steel. As a result of applying this coating, the corrosion rate decreased from 0.611 mm/y to 0.0029 mm/y.
Keywords: Coating, Nanocomposite, Electroplating, Graphene -
Pages 57-74
The most important strategy in tissue engineering is the relationship between the three components of biomaterials, living cells, and biologically active molecules suitable for tissue regeneration. To be clinically effective, these environments must replicate, as closely as possible, the main characteristics of the native Extracellular Matrix (ECM) on a cellular scale. Tissue engineering is generally employed to create hybrid scaffolding to support cartilage tissue regeneration using fabrication 3D printing techniques. The current study designed a three-dimensional scaffold using FDA-approved Polycaprolactone/Poly Lactic-co-Glycolic Acid (PCL/PLGA) polymers. Then, 40 and 45 (w/w) alginate nanoparticles were added to the bio-ink to improve the printability, mechanical properties, and biocompatibility of the scaffolds. Finally, 3D-printed scaffolds were evaluated using mechanical properties, surface hydrophilicity, water absorption, biodegradability, surface morphology, and cell viability. The results showed that increasing the percentage of alginate nanoparticles in the bio-ink would increase the percentage of porosity, surface hydrophilicity, mechanical properties, cell viability, and printability. In addition, water absorption and compression modules of PCL/PLGA 3D-printed scaffolds containing 45 % alginate were optimized, compared to those of other groups, hence used as bio-ink in 3D printing of scaffolds in tissue engineering defects.
Keywords: 3D Printing, Alginate, Polycaprolactone, Polylactic Acid, Tissue Engineering -
Pages 75-84
In this research, fused silica-zirconia composites including of 5 % by weight of zirconia stabilized yettria prepared by Spark Plasma Sintering (SPS) method. The powders were mixed by Spex (8000D, High energy ball mill) for 30 min in ethanol media. After mixing process, the ethanol removed by heating of the batches at 70 °C. The prepared samples were sintered at 1100, 1200 and 1300 °C and final pressure of 30 MPa. FESEM images demonstrated distribution of reinforcements at the fused silica matrix, also the results showed that sintered samples at 1200 °C have better properties than other samples. Relative density, flexural strength, hardness and toughness of these samples were 99.99 %, 13.4 GPa, 131 MPa and 4.46 MPa.m1/2 respectively. Also results showed that with increasing of sintering temperature to 1300 °C, due to crystallization in fused silica and as a result the formation of cracks in matrix, flexural strength decreased but the hardness and toughness increased slightly.
Keywords: Composite, Fused Silica, Yettria Stabilized Zirconia, Mechnical Properties