فهرست مطالب

مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال دوازدهم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/02
  • تعداد عناوین: 6
|
  • شکوفه برهان، جواد اسماعیل زاده صفحات 1-15

    هدف از این پروژه، بررسی اثر روش سنتز پودر شیشه زیست فعال بر خصوصیات جریان یابی و پایداری ساختاری خمیرهای تهیه شده از آن می باشد. سنتز شیشه زیست فعال 45S5 به روش ذوبی و سل-ژل صورت گرفت. خصوصیات ریولوژیکی، تزریق پذیری، مقاومت به آب شویی و رفتار تشکیل رسوب کلسیم فسفاتی در محیط شبیه سازی شده بدن بعد از 21 روز، با بهره گیری از روش های طیف سنجی جذب نوری، طیف سنجی گسیل اتمی و برانگیختگی به کمک پلاسما و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت و درنهایت آزمون سمیت سلولی و بررسی وابستگی آن به غلظت یون های رهایش یافته از خمیرهای مختلف انجام شد. پودر شیشه زیست فعال تهیه شده به روش ذوبی، غیر متخلخل با اندازه سطح ویژه حدود 3 مترمربع بر گرم بود؛ درصورتی که پودر تهیه شده به روش سل-ژل، متخلخل و اندازه سطح ویژه آن، حدود 12 مترمربع بر گرم بود. در خمیر تهیه شده با شیشه سل-ژل مقدار تنش تسلیم، ویسکوزیته و تیکسوتروپی نسبت به نمونه تهیه شده به روش ذوبی بیشتر بود، همچنین نیروی تزریق حدود 5 برابر افزایش یافت. استفاده از شیشه سل-ژل منجر به تشکیل خمیرهایی با مقاومت آب شویی کمتر شد؛ به طوری که سرعت انحلال و رهایش یون ها از خمیر حاوی شیشه سل-ژل بیشتر از نمونه مشابه با شیشه ذوبی بود. افزایش سطح ویژه پودر منجر به تشکیل سریع تر لایه آپاتیتی روی سطح نمونه ها شد؛ اما میزان تکثیر سلولی به دلیل بالا بودن غلظت یون ها در محیط، کاهش یافت.

    کلیدواژگان: شیشه زیست فعال، روش ذوبی، سل-ژل، رئولوژی، آب شوئی
  • مهدی کزازی، جواد رحیمی جونقانی، مهدی دلشار چرمهینی صفحات 17-28

    در بین مواد فعال مختلف، هیدروکسید نیکل یکی از مستعدترین و با قابلیت ترین مواد شبه خازنی است؛ ولی عملکرد الکتروشیمیایی آن به دلیل هدایت الکتریکی پایین و پایداری ضعیف محدود شده است. برای غلبه بر این مشکل، راهکارهای متعددی ازجمله کامپوزیت کردن آن با مواد هادی الکتریسیته مانند ذرات فلزی، انواع مواد کربنی و بسپارهای رسانا، وجود دارد. همچنین، حذف چسب بسپار نارسانای مورد استفاده در ساخت الکترود می تواند سبب کاهش مقاومت داخلی الکترود شده و درنتیجه منجر به بهبود عملکرد ذخیره سازی انرژی در آن شود. در این تحقیق، از یک روش نو، ساده و کارآمد برای تهیه الکترود بدون چسب هیدروکسید نیکل استفاده شده است که شامل رسوب نشانی شیمیایی لایه به لایه نانوذرات هیدروکسید نیکل با فاز بتا بر سطح فوم نیکل می باشد. مشخصه یابی ساختار و ریخت شناسی سطحی الکترود تهیه شده با استفاده از پراش پرتوی ایکس، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، عملکرد ذخیره سازی انرژی الکترود ابرخازنی تهیه شده با استفاده از روش های ولتامتری چرخ ه ای و شارژ-تخلیه جریان ثابت مورد ارزیابی قرار گرفت. به طورخلاصه، الکترود تهیه شده دارای ظرفیت ویژه 767 فاراد بر گرم در چگالی جریان تخلیه 1 آمپر بر گرم و پایداری چرخ ه ای 6/90 درصد پس از 1000 چرخه می باشد.

    کلیدواژگان: ابرخازن، الکترود بدون چسب، هیدروکسید نیکل بتا، کارایی الکتروشیمیایی
  • قادر احمدپور، فرزاد نصیرپوری، محمدجواد اشراقی، الکسی اگنو، الکساندر سامارداک صفحات 29-42

    در تحقیق حاضر، نانوذرات مغناطیسی سخت Nd2(Fe1-xCox) 14B به طریق فرایند احیای نفوذی سنتز شدند. برای این منظور، پودرهای اکسیدی Nd (Fe1-xCox)B به ازای مقادیر 05/0 = x، 3/0 = x و 5/0 = x، یک بار در اتمسفر هیدروژن (H2) و بار دیگر به وسیله فرایند احیای نفوذی، با استفاده از هیدرید کلسیم (CaH2)، عملیات حرارتی شدند. آنالیز فازی و ترکیب شیمیایی پودرهای Nd-Fe-Co-B حاصل با استفاده از پراش پرتو ایکس و طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس انجام شد. ریخت شناسی و خواص مغناطیسی پودرهای سنتز شده به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، میکروسکوپ الکترونی عبوری و دستگاه مغناطش سنج نمونه نوسانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که پودرهای اکسیدی احیاشده با گاز هیدروژن، به علت تشکیل فاز مغناطیسی bcc-FeCo، بوسیله ماهیت مغناطیسی نرم مشخص شدند. اما پودرهای اکسیدی احیاشده با فرایند احیای نفوذی، به علت نفوذ مستقیم فازهای NdH2، Fe، Co و B و همچنین تولید فاز مغناطیسی سخت Nd2 (Fe,Co)14B ، خواص مغناطیسی سخت از خود نشان دادند. ذراتNd2 (Fe,Co)14B با آب و اسید استیک رقیق شست وشو داده شدند تا محصولات جانبی (CaO) تولید شده در طول فرایند احیای نفوذی از بین بروند. بدنبال شستشو، نیروی وادارندگی به علت تشکیل فاز مغناطیسی نرم Nd2Fe14BHx کاهش یافت؛ اما مغناطش اشباع به علت حذف فاز غیرمغناطیسی CaO از محصول نهایی افزایش یافت.

    کلیدواژگان: نانوذرات NdFeCoB، احیای نفوذی، خواص ریزساختاری، خواص مغناطیسی
  • بهمن میرزاخانی، علیرضا خجسته عباسی، سعید شبستری صفحات 43-56

    فرایند اتصال نورد تجمعی (ARB) یکی از روش های تغییرشکل پلاستیک شدید است که با اعمال کرنش های پلاستیک شدید سعی در ریزدانه کردن مواد و تولید مواد نانوساختار در حد چند 10 نانومتر یا ساختار فوق ریزدانه حدود 100 نانومتر دارد. در این پژوهش، تاثیر جهت برس کاری سطح پیش از نورد و همچنین انجام عملیات حرارتی بازپخت بر استحکام اتصال حاصل از فرایند اتصال نورد تجمعی و سطح شکست آلیاژ آلومینیم AA6061 بررسی شد. بدین منظور، برس کاری سطح ورق ها در جهت نورد (RD)، جهت عرضی نورد (TD) و ترکیب آن ها (RD-TD) انجام شد. همچنین، فرایند اتصال نورد تجمعی تا 5 سیکل انجام شد. عملیات بازپخت پس از سیکل اول و در دمای 415 درجه سلسیوس به مدت 2 ساعت انجام شد. استحکام اتصال با استفاده از آزمایش لایه کنی بررسی شد. پروفیل سختی در مقطع ضخامت نمونه ها انجام شد. نتایج نشان می دهد که برس کاری سطح و در جهت نورد (RD) با استحکام متوسط 60/0 نیوتن بر میلی متر (N/mm) در مقایسه با دو جهت دیگر بهترین اتصال را دارد. بررسی سطوح شکست با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) حاکی از وجود مناطق اتصال مکانیکی بیشتر و وسیع تر در این نمونه است. همچنین، انجام عملیات بازپخت پس از هر سیکل اتصال نورد تجمعی باعث بهبود استحکام اتصال می شود.

    کلیدواژگان: اتصال نورد تجمعی، آلیاژ AA6061، برس کاری، آزمایش لایه کنی، شکست نگاری
  • حسین رجایی، میلاد بهامیریان، ایمان مباشرپور، محمد ذاکری، محمد فرویزی صفحات 57-69

    هدف از این پژوهش، بهبود مقاومت به سایش سرامیک های مولایتی به عنوان یکی از مهم ترین سرامیک های مهندسی از طریق افزودن ذرات کاربید تنگستن است. برای این منظور، کامپوزیت های مولایت-کاربید تنگستن بدون و با افزودن 5، 10 و 15 درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن توسط روش تف جوشی پلاسمای جرقه ای تولید شدند. علاوه بر این، به منظور بررسی اثر دمای تف جوشی بر مقاومت به سایش کامپوزیت های مولایت-کاربید تنگستن، فرایند تف جوشی پلاسمای جرقه ای در دماهای 1300، 1350، 1400 و 1450 درجه سلسیوس به مدت 4 دقیقه و با اعمال فشار 30 مگاپاسکال به انجام رسید. نتایج آزمون پین روی دیسک بیانگر آن است که با افزایش درصد وزنی ذرات کاربید تنگستن و افزایش دمای تف جوشی تا 1400 درجه سلسیوس، مقاومت به سایش کامپوزیت های مولایت-کاربید تنگستن افزایش یافته است، درحالی که افزایش دمای سینتر تا محدوده 1450 درجه سلسیوس، به دلیل افت خواص مکانیکی و تشکیل فاز W2C، به کاهش مقاومت به سایش منجر شده است. نتایج آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی بیانگر ایجاد سازوکار های سایش خراشان و لایه ای شدن در سطح و مسیر سایش در نمونه های مولایتی با و بدون ذرات تقویت کننده کاربید تنگستن است.

    کلیدواژگان: تف جوشی پلاسمای جرقه ای، مولایت، کاربید تنگستن، سایش، کامپوزیت
  • ستاره دودانگه، رضا ریاحی فر، بابک رئیسی، مازیار صهبا یغمایی، امیر الحاجی صفحات 70-85

    در پژوهش حاضر، از مدلی ذره ای، با در نظر گرفتن تمام بر هم کنش های بین ذره ای، برای شبیه سازی فرایند لایه نشانی الکتروفورتیک استفاده شده است. مدل ذکر شده برای بررسی اثر پتانسیل سطحی (زتا) ذرات در ساختار و چیدمان ذرات در لایه نشست با بررسی دقیق ذرات در مقیاس مزو استفاده شده است. شبیه سازی با چهار مقدار متفاوت پتانسیل زتای ذرات mV {100- ،50- ،25- ،5-} انجام شده است که نتایج نشان می دهند پتانسیل زتای ذرات به منزله فاکتوری مهم، که برهم کنش بین ذرات را تعیین می کند، در ساختار و فشردگی لایه نشست تاثیرگذار است. علی رغم کاهش جزیی ضخامت و دانسیته لایه نشست، با افزایش پتانسیل زتا تا mV 50، درجه نظم ساختاری در لایه نشست افزایش می یابد. دلیل افزایش برهم کنش، دافعه الکترواستاتیک است که باعث رانش ذرات در حال نشست به مکان های منظم در لایه نشست می شود. در پتانسیل زتای mV 100 به دلیل دافعه بسیار بالای ذرات، که مانع از نزدیک شدن ذرات به یکدیگر می شود، جایابی ذرات در مکان های منظم مجددا کاهش می یابد. نتایج این پژوهش و استفاده از مدل مذکور برای تنظیم و انتخاب پارامتر فرایندی پتانسیل زتا در لایه نشانی الکتروفورتیک راهگشا است.

    کلیدواژگان: لایه نشانی الکتروفورتیک، مدل ذره ای، سوسپانسیون کلوئیدی، پتانسیل زتا
|
  • Shokoufeh Borhan, Javad Esmaeilzadeh Pages 1-15

    The present project primarily aims to investigate the effect of synthesis method of the bioactive glass powder on the flowability and structural stability of the pastes from it. In this study, 45S5 bioactive glass was synthesized by melting and sol-gel methods. The rheological properties, injectability, washout resistance, and behavior of calcium phosphate deposition formation in the simulated body solution after 21 days were investigated using UV-visible spectroscopy, inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy, and scanning electron microscopy. Finally, the cytotoxicity test was carried out, and its dependence on the concentration of the ions released from different pastes was evaluated. The bioactive glass powder prepared through the melting method was non-porous with a specific surface area of about 3 m2g-1 while the powder prepared by the sol-gel method was porous with a specific surface area of about 12 m2g-1. The values of the yield stress, viscosity, and thixotropy in the paste prepared by the sol-gel glass were higher than those of the sample prepared by melting method, and the injection force increased by about five times. Use of sol-gel glass led to the formation of pastes with lower washing resistance and for this reason, the dissolution and release rate of the ions from the paste containing sol-gel glass was higher than those of the same sample with molten glass. Increasing the specific surface area of the powder led to faster formation of the apatite layer on the surface of the samples; however, the rate of cell proliferation decreased due to the high concentration of ions in the environment.

    Keywords: Bioactive Glass, Melting Method, Sol-Gel, Rheology, Wash-Out
  • Mahdi Kazazi, Javad Rahimi Junaqani, Mehdi Delshad Chermahini Pages 17-28

    Among different active materials, nickel hydroxide is one of the most promising pseudocapacitive materials; however, its electrochemical performance is notably restricted because of its low conductivity and weak stability. To overcome these drawbacks, several solutions were suggested including making it composite with electrically conductive materials such as metal particles, various carbon materials, and conductive polymers. In addition, removing the insulating polymer binder used in the electrode prepration can reduce the internal resistance of the electrode, thus leading to improvement in its energy storage performance. In this research, a novel, facile, and efficient approach was developed to prepare a binder-free nickel hydroxide electrode, which includes the layer-by-layer chemical deposition of nickel hydroxide nanoparticles with β-phase structure on the nickel foam. The structural characterization and surface morphology of the as-prepared electrode was investigated using X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM). Further, the energy storage performance of the prepared supercapacitor electrode was evaluated using cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge techniques. The prepared electrode showed a specific capacitance of 767 F g-1 at the discharge current density of 1 A g-1 and cyclic stability of 91.4 % after 1000 cycles.

    Keywords: Supercapacitor, Binder Free Electrode, Nickel Hydroxide, Electrochemical Performance
  • Ghader Ahmadpour, Farzad Nasirpouri, MohammadJavad Eshraghi, Alexey Ognev, Alexander Samardak Pages 29-42

    In the current research, Nd2(Fe,Co)14B hard magnetic nanoparticles were synthesized through the reduction diffusion process. For this purpose, Nd(Fe1-xCox)B oxide powders for x = 0.05, x = 0.3, and x = 0.5 were heat-treated once in hydrogen atmosphere (H2) and once in the reduction diffusion process using calcium hydride (CaH2). The phase analysis and chemical composition of the resulting Nd-Fe-Co-B powders were identified by X-ray diffraction and X-ray energy dispersive spectroscopy. The morphology and magnetic properties of the synthesized powders were investigated using a field emission scanning electron microscope, transmission electron microscope, and vibrating sample magnetometer. The results demonstrated that oxide powders reduced with hydrogen gas were characterized by a soft magnetic character due to the formation of the bcc-FeCo magnetic phase. However, oxide powders reduced via reduction diffusion exhibited hard magnetic characteristics due to the direct diffusion of NdH2, Fe, Co, and B phases as well as the production of Nd2(Fe,Co)14B hard magnetic phase. The Nd2(Fe,Co)14B particles were rinsed with water and dilute acetic acid to eliminate the byproducts (CaO) formed during the reduction diffusion process. Followed by washing, coercivity dropped due to the formation of the Nd2Fe14BHx soft magnetic phase; however, saturation magnetization rose due to the elimination of the non-magnetic CaO phase from the final production.

    Keywords: NdFeCoB Nanoparticles, Reduction Diffusion, Microstructural Properties, Magnetic Properties
  • Bahman Mirzakhani, Alireza Khojasteh Abbasi, Saeed Shabestari Pages 43-56

    Accumulative Roll-Bonding (ARB) process is a Severe Plastic Deformation (SPD) process run to produce Ultra-Fine Grained (UFG) sheets using intense plastic strains via rolling machine. In this research, the effect of surface condition (brushing) and annealing treatment on the fracture surface and bonding strength of the ARBed AA6061 sheets was investigated. In this regard, the specimen surfaces were first brushed in three different directions, i.e., Rolling Direction (RD), Transverse Direction (TD), and both RD and TD. The ARB process was conducted up to five cycles, and specimens were tested after the first, third, and fifth cycles. The annealing treatment was conducted for two hours at 415 °C after the first, third, and fifth cycles. The bonding strength and hardness profile in the cross-section (perpendicular to the rolling direction) were measured through peeling and hardness tests, respectively. The results show that RD is the most effective direction for brushing to achieve high bonding strength with the mean strength of 0.60 N/mm. The fracture surfaces of the specimen were observed using a Scanning Electron Microscope (SEM). The results represent the broad areas of mechanical bonding in the rolling direction. Further, post-annealing treatments are shown to increase the bonding strength

    Keywords: Accumulative Roll-Bonding, AA6061 Alloy, Brushing, Peeling Test, Fractography
  • Hosein Rajaei, Milad Bahamirian, Iman Mobasherpour, Mohammad Zakeri, Mohammad Farvizi Pages 57-69

    This study aims to improve the wear resistance of mullite ceramics as one of the most critical engineering ceramics by adding tungsten carbide (WC) particles. For this purpose, mullite-WC composites without and with adding 5, 10, and 15 % by weight of WC particles produced by Spark Plasma Sintering (SPS) method. In addition, it investigates the effect of sintering temperature on the wear resistance of mullite-WC composites applied by the SPS process at 1300 °C, 1350 °C, 1400 °C, and 1450 °C for 4 minutes under the pressure of 30 MPa. The results pin on the disk testing indicates that upon increasing the weight percentage of WC particles and increasing the sintering temperature up to 1400 °C, the wear resistance of mullite-WC composites would increase. However, increasing the sintering temperature up to the range of 1450 °C led to a decrease in the wear resistance due to the poor mechanical properties and formation of the W2C phase. The results from Scanning Electron Microscopy (FESEM) analysis are indicative of the formation of abrasive wear and surface layer structure mechanisms on the surface in mullite ceramics samples with and without WC reinforcing particles.

    Keywords: Spark Plasma Sintering (SPS), Mullite, Tungsten Carbide, Wear, Composite
  • Setare Dodange, Reza Riahifar, Babak Raeisi, Maziar Sahba Yaghmaee, Amir Alhaji Pages 70-85

    In this study, a particle-based model incorporating all inter-particle interactions was employed to simulate the electrophoretic deposition process. This model was also used to investigate the effect of the surface (zeta) potential of particles on the structure and configuration of particles in the deposited layer at the mesoscale. Simulations were then performed with four different values of zeta potential of particles {-5, -25, -50, -100} mV, the results of which showed that zeta potential as an important factor in determining the interaction between particles had an impact on the deposit structure and packing. Upon increasing the zeta potential up to 50 mV, the degree of order increased while the thickness and density of the deposited layer slightly decreased. Increasing the electrostatic repulsion made depositing particles push into the ordered sites in the deposited layer. Due to the high particle repulsion that prevents particles from approaching each other at the zeta potential of 100 mV, incorporation of the particles in the ordered locations decreased again. The findings of this study along with application of the proposed model can help tune the structure and packing of the resulting deposit by varying the zeta potential of particles.

    Keywords: Electrophoretic Deposition, Particle-Based Model, Colloidal Suspension, Zeta Potential