فهرست مطالب

نشریه تحقیقات در علوم مهندسی سطح و نانو مواد
پیاپی 3 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمد بادروج* صفحات 1-34

    سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد پروسکایت، در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. این فناوری ها، به دلیل توانایی در دستیابی به بازده بالا با صرف هزینه کم، موضوع تحقیقات متعددی را به خود اختصاص داده اند. بر این اساس، این تحقیق، با هدف دستیابی به بینش عمیق تر در این حوزه از فناوری، مروری جامع بر عوامل موثر بر فرآیندهای ساخت، دستاوردها و چالش های پیش روی سلول های خورشیدی پروسکایت هالید فلز-آلی دارد و راهکارهای بهبود عملکرد، افزایش پایداری و کاهش میزان سمیت لایه جاذب این نوع افزاره ها را به صورت گام به گام مورد مطالعه قرار می دهد. بررسی ها نشان داد که علاوه بر نوع روش لایه نشانی و نحوه معماری اجزاء، مهم ترین عوامل برای دستیابی به یک سلول خورشیدی پروسکایت با عملکرد فتوولتاییک بالا، بهبود ریخت شناسی، کاهش سد انرژی برای هسته سازی، کنترل رشد یکنواخت بلورهای پروسکایت و کاهش اثر پسماند می باشند و این پارامترها را می توان با استفاده از مهندسی حلال ها و مواد افزودنی، تنظیم متغیرهای پوشش دهی از قبیل دمای فرآوری و پسا فرآوری و مدیریت زمان واکنش ها بهینه کرد. همچنین، تحقیقات در خصوص جایگزینی عنصر سرب با سایر عناصر کم سمی تر نشان می دهد که تا کنون امیدوارکننده ترین نتایج برای سلول های خورشیدی پروسکایت مبتنی بر قلع، با بازده تبدیل توان حدود 12-9 % ، بدست آمده است. این بازده در مقایسه با پروسکایت های مبتنی بر سرب، که تا سال 2023 حدود 26 % است، هنوز قابل رقابت نیست و نیاز به تلاش های بیشتری در این حوزه از تحقیقات می باشد.

    کلیدواژگان: مواد پروسکایت، سلول های خورشیدی پروسکایت بدون سرب، پایداری، پدیده پسماند، سمیت
  • مهران جعفرپور مال امیری، حسن کاوسی بلوتکی* صفحات 35-45

    در سال های اخیر و در پی توجه صنایع خودروسازی به  کاهش وزن خودروها، استفاده از مواد جایگزین با وزن کمتر و خواص مکانیکی بالاتر مورد توجه این شرکتها قرار گرفته است.  به طور خاص، ماده جایگزین فولاد حاوی بور ضرب داغ شده با توجه به خواص مکانیکی خوبی که دارد مورد توجه قرار گرفته است. این ماده به دلیل عملکرد عالی، کاهش وزن فریم خودرو که به دلیل کاهش ضخامت ورق حاصل می شود و همچنین خاصیت افزایش طول قابل قبولی که دارد مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به اینکه فرآیند ضرب زنی داغ فولاد حاوی بور باعث تشکیل رسوبات اکسیداسیون و همچنین کربن زدایی سطح می شود، استفاده از پوشش سطحی برای جلوگیری از این مشکلات ضروری است. این لایه پوششی خود باعث ایجاد مشکلات جانبی مانند باریک شدن محدوده جریان قابل جوش و همچنین کاهش خواص مکانیکی در حین جوشکاری مقاومتی می شود. از این رو، در این مطالعه، تحقیقات انجام شده برای بهبود جوش پذیری فولاد حاوی بور ضرب داغ شده با پوشش Al-Si از نظر مواد و فرآیند معرفی خواهد شد.

    کلیدواژگان: ضرب زنی داغ، فولاد حاوی بور، جوش نقطه ای مقاومتی، جوش پذیری، لایه پوشش Al-Si، محدوده جریان قابل جوش
  • بیژن محمدی لندی، حسن کاوسی بلوتکی*، ایمان گل شکوه، محمد گودرزی خویگانی صفحات 46-55

    در حال حاضر از آلومینیوم به علت چگالی پایین و مقاومت به خوردگی مناسب در صنایع مختلف به وفور استفاده می شود. در این تحقیق به شبیه سازی اثر فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی بر روی مقاومت مکانیکی ورق آلومینیومی، با زمینه چند لایه آلومینیوم و کامپوزیت الیافی کربن یا شیشه با زمینه آلومینیومی پرداخته می شود. ابتدا ورق آلومینیوم در ابعاد مشخص با نرم افزار المان محدود انسیس شبیه سازی سد. سپس بر روی آلیاژ آلومینیوم عملیات جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی با استفاده از یکی از پارامترهای تحقیق از جمله سرعت یا عمق نفوذ ابزار انجام و  بررسی شد. طبق نتایج پژوهش با شروع حرکت پین، مقدار تنش اعمالی به صفحه کاهش می یابد. بنابراین کاهش سرعت حرکت خطی پین و افزایش سرعت دورانی آن باعث می شود تا فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی روند بهتری را طی کند و با شروع حرکت پین، مقدار جابه جایی ذرات صفحه کاهش می یابد. با بررسی ذرات دیده شد که حرکت پین در طول صفحه یک منطقه اغتشاشی را در صفحه ایجاد می کند. مشاهده شده است که با اعمال تنش توسط پین، ذراتی که در منطقه HAZ  هستند نیز جابه جایی داشته و متناسب با مسیر حرکت از سطح بالایی منطقه جوشکاری وارد شده و از سطح پایین آن خارج می شوند. مشاهده شد که کامپوزیت آلومینیم به صورت مطلوبی در فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی شرکت می کند و قطعه در این فرآیند آسیب نمی بیند.

    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، خواص مکانیکی، خواص فیزیکی، آلیاژ آلومینیوم
  • آزاده اعظمی* صفحات 56-60

    در این تحقیق خواص ساختاری، نواری و فونونی ترکیب کاربید سریم و کاربید لانتانیوم با استفاده از محاسبات ابتدا به ساکن مبتنی بر نظریه تابعی چگالی و کد محاسباتی کوانتوم اسپرسو با استفاده از تقریب LDA بررسی شده است. نتایج محاسبات چگالی حالت های کلی نشان داد که هر دو ترکیب کاربید سریم و کاربید لانتانیوم دارای ماهیت فلزی هستند. نتایج ساختار نواری ماهیت فلزی هر دو ترکیب را تایید نمود و محاسبات ساختاری انجام شده با استفاده از تقریب LDA برای هر دو ترکیب  تراکم پذیری و سختی تقریبا یکسانی را نشان داد. نتایج محاسبات فونونی هیچ گاف فرکانسی را برای ترکیب کاربید سریم نشان نداد درحالی که محاسبات مشابه در محدوده ی 229cm-1  تا  261cm-1  یک گاف فرکانسی را برای ترکیب کاربید لانتانیوم نشان می دهد. می توان نتیجه گرفت که در محدوده  گاف مشاهده شده هیچ نوسان صوتی صورت نمی گیرد و نور و گرما از بلور عبور نخواهد کرد.

    کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، کد کوانتوم اسپرسو، کاربید سریم، کاربید لانتانیوم، تقریب LDA
  • امیرجویا نکونام، شهرام شهروئی* صفحات 61-70

    به دلیل وجود ترک های ایجادی یا اولیه در خطوط لوله گاز و جلوگیری از افزایش هزینه تعویض و تعمیر، در دهه های اخیر استفاده از وصله های کمپوزیتی در نواحی دارای ترک رواج یافته است. در این تحقیق، به بررسی نقش و نحوه عملکرد وصله کامپوزیتی جهت مقابله با رشد ترک خستگی در لوله های  فولادی مورد استفاده در خطوط لوله گاز  تحت فشار داخلی نوسانی، پرداخته می شود. به این منظور از روش رشد هوشمند  یک ترک نیم بیضوی سطحی برای شبیه سازی از نرم افزار انسیس استفاده شده است. یافته های تحقیق از غلبه مود جدایش لغزشی محیطی بر مود جدایش نرمال که منجر به جدا شدن وصله از لوله می شود، حکایت دارد. بر اساس نتایج، با توجه به جهت گیری ترک نوع لایه چینی مناسب قابل تعیین است. ترک درونی لوله شرایط بحرانی تری از نظر تنش و ضریب شدت تنش نسبت به ترک خارجی دارد. رشد ترک در لوله وابسته به نوع بارگذاری است و اگر زاویه الیاف کامپوزیت در جهت رشد ترک باشد بهترین حالت تقویت کنندگی فراهم می شود. همچنین با افزایش فشار داخلی چرخه های بارگذاری برای رشد ترک به شدت کاهش می یابند و بکارگیری چسب در میان لوله و وصله به انتقال بهتر کرنش ها از لوله به لایه های بیرونی کامپوزیت می انجامد.

    کلیدواژگان: خط لوله گاز، رشد ترک خستگی، روش ناحیه چسبناک، وصله کامپوزیتی
  • میلاد محمودزاده، اشکان غفوری* صفحات 71-80

    در حال حاضر با رشد و توسعه تکنولوژی های نوین انتقال حرارت، کاهش زمان انتقال حرارت، کوچک سازی اندازه ی تجهیزات حرارتی و در نهایت افزایش راندمان حرارتی مورد توجه مهندسین بوده است. در این پژوهش، بهمنظور بررسی خواص انتقال حرارت نانوسیال های آب-آلومینا و آب-تیتانیا در مبدلی با جداکننده ی  Vشکل و باله میانی شبیهسازی عددی انجام شده است. طراحی با نرم افزار سالیدورکس انجام شده و در انسیس شبکهبندی انجام شده است. ورودی سیستم از نوع سرعت ورودی و خروجی از نوع فشار ثابت انتخاب گردید. بعد از طراحی در نرم افزار، تاثیر سرعت ورودی نانوسیال بر روی ضریب انتقال حرارت جابهجایی و عدد ناسلت پارامترهایی هستند که مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه با در نظر گرفتن نسبت حجمی و قطر ذرات نانو، معادله ی پیوستگی و معادله ی ناویر استوکس تراکم ناپذیر برای یک سیستم مختصات منطبق بر جسم با استفاده از روش حجم کنترلی حل شده است. نتایج به کاهش ضریب اصطکاک با افزایش عدد رینولدز اشاره دارد. با مقایسه ی ضریب انتقال حرارت بین نانوسیال آب- آلومینا و نانوسیال آب- دی اکسید تیتانیوم مشاهده می شود که متوسط مقدار این ضریب برای نانوسیال آب-آلومینا 14درصد بیشتر است. از طرفی حساسیت ضریب انتقال حرارت نانوسیال آب-دی اکسید تیتانیوم نسبت به نانوسیال آب- آلومینا نسبت به تغییرات عدد رینولدز شدیدتر است. همچنین با افزایش قطر از 40 به 60 میلیمتر در محدوده عدد رینولدز از 3000 تا 8000 افزایش عدد ناسلت مشاهده شد. با بررسی شاخص ارزیابی عملکرد مشاهده می شود که با افزایش قطر به طور میانگین افزایش 19.3 درصدی در شاخص ارزیابی عملکرد دیده می شود.

    کلیدواژگان: نانوسیال، باله ی میانی، عدد ناسلت، انتقال حرارت، جداکننده ی V شکل
|
  • Mohammad Badrooj Pages 1-34

    The solar cells based on perovskite materials have attracted a lot of attentions in recent years. These technologies, have been the subject of numerous researches due to their ability to achieve high efficiency with low cost. Based on this, relying on existing knowledge and to gain a deeper insight into this field of technology, this research has a comprehensive review of the effective factors on the production processes and the intrinsic challenges of halide perovskite solar cells (HPSCs) and monitors stepwise the background of scientific research conducted on solutions to improve performance, increase stability and reduce toxicity of these types of devices. Investigations showed that, in addition to the type of deposition method and the architecture of the components, the most important issues to achieve a perovskite solar cell with high photovoltaic performance include improving the morphology, reducing the energy barrier for nucleation, controlling the uniform growth of perovskite crystals and reducing the hysteresis effect. These parameters can be optimized by using the engineering of solvents and additives, adjusting the coating variables such as processing and post-processing temperatures, and managing the reaction time. Also, research on the replacement of lead element with other less toxic elements shows that until now, the most promising results for tin-based perovskite solar cells have been obtained with a power conversion efficiency (PCE) of about 9-12%. This efficiency compared to lead-based perovskites, which is about 26% to 2023, is still not competitive and requires more effort in this field of research. 

    Keywords: Perovskite materials, Lead-free perovskite solar cells, Stability, Hysteresis phenomenon, Toxicity
  • Mehran Jafarpour Mall Amiri, Hasan KavoosiBalootaki * Pages 35-45

    In recent years, following the attention of the automobile industry to reduce the weight of cars, the use of alternative materials with lower weight and better mechanical properties has been the focus of these companies. In particular, hot-stamped boron steel has been considered as an alternative material due to its good mechanical properties. This material is used to reduce the weight of the frame due to its reduced thickness, excellent performance and good performance. Considering that hot stamping of boron steel causes oxidation and carbon deposition on the surface, the use of surface coating is necessary to prevent these cases. This coating layer itself causes side problems such as the narrowing of the weldable range and also the reduction of mechanical properties during resistance welding. Therefore, in this study, we introduce research performed to improve the weldability of Al-Si coated hotstamped boron steel in terms of the material and process.

    Keywords: hot-stamping, Boron steel, Resistance spot welding, Al-Si coating layer, Weldability, Mechanical properties, Weldable current range
  • Bijan Mohammadi Landi, Hasan Kavoosi Balutaki * Iman Golshokouh, Mohammad GoudarziKhoigani Pages 46-55

    Currently, aluminum is widely used in various industries due to its low density and good corrosion resistance. In this research, the simulation of the effect of friction stir welding process on the mechanical strength of aluminum sheet with aluminum multilayer background and carbon fiber or glass composite with aluminum background is discussed. First, the aluminum sheet in specific dimensions with Ensys finite element software for dam simulation. Then, friction stir welding was performed on aluminum alloy using one of the research parameters such as speed or penetration depth of the tool. According to the results of the research, when the pin starts moving, the amount of stress applied to the plate decreases. Therefore, reducing the speed of the linear movement of the pin and increasing its rotational speed makes the friction stir welding process go through a better process, and when the pin moves, the displacement of the plate particles decreases. By examining the particles, it was seen that the movement of the pin along the plate creates a turbulent area in the plate. It has been observed that with the application of stress by the pin, the particles in the HAZ area are also displaced and enter from the upper surface of the welding area and exit from the lower surface according to the direction of movement. It was observed that the aluminum composite participates favorably in the friction stir welding process and the part is not damaged in this process. 

    Keywords: Friction Stir Welding, Mechanical Properties Metallurgical Properties, Aluminum Alloy
  • Azadeh aezami Pages 56-60

    In this research, the structural and phononic properties of the combination of cerium carbide and lanthanum carbide have been investigated using first principle calculations based on density functional theory by Espresso quantum. The results of density of states calculations showed that both cerium carbide and lanthanum carbide compounds have metallic properties. The structural calculations performed using the LDA approximation for both compounds showed almost the same compressibility and hardness. The results of phonon calculations did not show any frequency gap for cerium carbide composition, while similar calculations in the range of 229 cm-1 to 261 cm-1 show a frequency gap for lanthanum carbide composition. The results show that there is no acoustic oscillation in the range of the observed gap and light and heat will not pass through the crystal. 

    Keywords: density functional theory, Espresso quantum code, cerium carbide, lanthanum carbide, LDA approximation
  • Amir Jooya Neko nam, Shahram Shahrooi * Pages 61-70

    Due to the presence of initial cracks in gas pipelines and to prevent the increase in replacement and repair costs, the use of composite patches in cracks areas has become popular in recent decades. In this research, the role and performance of composite patch to prevent with fatigue crack growth in steel pipes used in gas pipelines under cyclic internal pressure is investigated. . For this purpose, the method of intelligent growth of a semi-elliptical surface crack has been used for simulation using Ansys software. The findings of the research indicate the predominance of the peripheral sliding separation mode over the normal separation mode, which leads to the separation of the patch from the pipe. The internal crack of the pipe has more critical conditions in terms of stress and stress intensity factor than the external crack. The crack growth in the pipe depends on the type of loading and if the angle of the composite fibers is in the direction of the crack growth, the best reinforcement is provided. Also, with the increase of the internal pressure, the load cycles for crack growth are greatly reduced, and the use of glue between the pipe and the patch leads to a better transfer of strains from the pipe to the outer layers of the composite. 

    Keywords: Gas pipeline, fatigue crack growth, viscous zone
  • Milad Mahmoodzadeh, Ashkan Ghafouri * Pages 71-80

    Currently, with the growth and development of new heat transfer technologies, it has been used to reduce the time of heat transfer, reduce the size of heating equipment and finally increase the thermal efficiency. In this research, the validity of the organizations of alumina water and titania water converter with separator, shape and middle fin is done in this field. An international solidwork design has been done and a grid has been made in the Ansys network. The input for this purpose is from the input external union and to get out of the external pressure compliance. Out of compliance in software. In the following, taking into account the volume ratio and diameter of nano particles, a continuity equation and an incompressible Navier-Stokes equation for a coordinate system corresponding to the object have been solved using the control volume method. The results indicate the reduction of the friction coefficient with the increase of the Reynolds number. By comparing the heat transfer coefficient between water-alumina nanofluid and water-titanium dioxide nanofluid, it can be seen that the average value of this coefficient is 14% higher for water-alumina nanofluid. On the other hand, the transformation of the heat transfer coefficient of waterdioxatnium nanofluid compared to water-Al nanofluid is more intense than the changes of Reynolds number. Also, with the increase in diameter from 40 to 60 mm in the range of Reynolds number from 3000 to 8000, an increase in Nusselt number was observed. By examining the performance index, it is evaluated that with the increase in the average diameter, a 19.3% increase in the performance index is observed.

    Keywords: Nanofluid, intermediate fin, Nusselt number, heat transfer, V-shaped separator