فهرست مطالب
فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و چهارم شماره 2 (تابستان 1404)
- تاریخ انتشار: 1404/02/01
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-17مقدمه و اهداف
آلیاژ Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) یک آلیاژ تیتانیوم شبه آلفا با کاربرد گسترده در صنایع زیست پزشکی، خودرو و حمل و نقل هوایی و با مقاومت حرارتی بالا است. هدف این پژوهش، مقایسه ریزساختار و سختی نمونه های ساخته شده از این آلیاژ به دو روش ذوب بستر پودر با لیزر و ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی است.
مواد و روش هاریزساختار و سختی نمونه های آلیاژ Ti6242 تولید شده به این دو روش با استفاده از روش های میکروسکوپی نوری و الکترونی روبشی، پراش پرتو ایکس و سختی سنجی ویکرز ارزیابی شد.
یافته هامیزان تخلخل هر دو نمونه در بازه قابل قبول برای فرایندهای ذوب بستر پودر بود. ریزساختار نمونه ها شامل دانه های ستونی β اولیه حاوی فاز مارتنزیتی ά برای فرایند ذوب بستر پودر با لیزر و فازهای لایه ای β+α با ریخت ویدمن اشتاتن و سبدبافت و پرگنه های α برای فرایند ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی بود. نمودارهای ویلیام سون-هال، ریزکرنش بالاتر شبکه در فرایند ذوب بستر پودر با لیزر را نشان داد. سختی متوسط در نمونه های ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی و ذوب بستر پودر با لیزر به ترتیب نزدیک به HV 408 و HV 401 به دست آمد.
نتیجه گیریهر دو روش استفاده شده قابلیت تولید قطعات با درصد تخلخل قابل قبول را دارند. ریزساختار دو نمونه به دلیل تفاوت ها در تاریخچه حرارتی آنها کاملا مشابه نیست. ریزکرنش شبکه ای کمتر و سختی بالاتر از ویژگی های نمونه ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی در مقایسه با نمونه ذوب بستر پودر با لیزر است. سختی هر دو نمونه از سختی نمونه های ساخته شده به روش های سنتی بیشتر است.
کلیدواژگان: ساخت افزایشی، ذوب بستر پودر با پرتوی الکترونی، ذوب بستر پودر با لیزر، آلیاژ Ti6242، ریزساختار -
صفحات 19-35مقدمه و اهداف
هیدروژل ها به عنوان داربست های سه بعدی آب دوست، نقش مهمی در جذب مایعات زیستی و ایجاد پایداری مکانیکی در فرآیند بازسازی بافت ایفا می کنند. هدف این پژوهش، طراحی و سنتز هیدروژل های کامپوزیتی جدیدی بر پایه فیبروئین ابریشم اصلاح شده با گروه های تیول و چارچوب فلزی-آلی (Zn-Bio MOF) حاوی یون روی و لیگاند آدنین، به منظور بهبود خواص مکانیکی و زیستی برای کاربردهای مهندسی بافت است.
مواد و روش هافیبروئین ابریشم خالص استخراج و با افزودن گروه های تیول از طریق اتصال ال-سیستئین اصلاح شد. برای تایید این اصلاحات، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه انجام شد.Zn-Bio MOF نیز از طریق فرآیند هیدروترمال با یون روی (II) و لیگاند آدنین سنتز شد. سه نوع هیدروژل کامپوزیتی تهیه شد: (1) هیدروژل بر پایه فیبروئین ابریشم اصلاح شده، (2) هیدروژل بر پایه فیبروئین ابریشم اصلاح شده ژل شده با واکنش فنتون و (3) هیدروژل کامپوزیتی حاوی Zn-Bio MOF در غلظت های مختلف. برای مشخصه یابی، از میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس استفاده شد.
یافته هانتایج طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه کاهش شدت پیک های cm−¹ 1650 و cm−¹ 3300 و ظهور پیک های جدید مربوط به پیوندهای S-S و S-H را تایید کرد. میانگین قطر نانوذرات Zn-Bio MOF برابر با 0/12±0/39 نانومتر و مساحت سطح ویژه آن 1138/3 مترمربع بر گرم بود. بررسی خواص تورم و تخریب نشان داد که هیدروژل های حاوی نانوذرات Zn-Bio MOF دارای مدول فشاری و چقرمگی بالاتر، کاهش وزن حدود 30 درصد طی 72 ساعت، و رفتار تورمی کنترل شده بودند.
نتیجه گیرینتایج این پژوهش نشان می دهد که هیدروژل های کامپوزیتی Zn-Bio MOF به دلیل بهبود خواص مکانیکی و کنترل تورم، پتانسیل بالایی برای استفاده در مهندسی بافت و کاربردهای زیستی دارند.
کلیدواژگان: ابریشم، چارچوب فلزی- آلی، روی، واکنش فنتون، هیدروژل -
صفحات 37-48مقدمه و اهداف
خواص پوشش های حاصل از پاشش سرد به متغیرهای فرایند وابسته است. هدف از این پژوهش، بررسی اثر فشار گاز و فاصله پاشش در فرایند پاشش سرد فلز روی بر بستر فولاد کم کربن است.
مواد و روش هادر این پژوهش، ابتدا پودر فلز روی در فشارهای 20 و 30 بار و فواصل پاشش 20 و 30 میلی متر پاشش شدند. ریزساختار پوشش های ایجادشده با میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی بررسی و ریزسختی پوشش ها اندازه گیری شد. سپس، پوشش منتخب و بستر فولادی تحت آزمون خوردگی پلاریزاسیون تافل قرار گرفتند.
یافته هانتایج نشان داد که افزایش فشار گاز از 20 به 30 بار باعث کاهش تخلخل و افزایش ریزسختی ناشی از تغییرشکل بیشتر می شود. همچنین در فشار ثابت، فاصله پاشش 20 میلی متر، کم ترین تخلخل و بیش ترین ریزسختی را به دلیل دمای بالاتر ذرات هنگام برخورد به بستر دارد. نتایج به دست آمده از آزمون پلاریزاسیون نشان داد که پوشش نسبت به بستر ماهیت فداشونده دارد و چگالی جریان خوردگی را 48 درصد و نرخ خوردگی را 33 درصد نسبت به بستر کاهش می دهد.
نتیجه گیریدر این پژوهش، تاثیر فشار گاز و فاصله پاشش در فرایند پاشش سرد فلز روی بر بستر فولاد کم کربن بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش فشار گاز از 20 به 30 بار و کاهش فاصله پاشش از 30 به 20 میلی متر باعث بهبود تخلخل و افزایش ریزسختی پوشش ها می شود. یافته های این تحقیق، می تواند در بهینه سازی متغیرهای فرایند پاشش سرد فلز روی برای استفاده در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، نیروگاهی و زیرساخت های دریایی به کار رود.
کلیدواژگان: پاشش سرد، فولاد، فلز روی، تخلخل، مقاومت به خوردگی -
صفحات 49-66مقدمه و اهداف
در این پژوهش فرایند سوراخ کاری لیزری به روش تک پالس انجام گرفت و تاثیر پارامترهای جابجایی و فاصله کانونی بر هندسه سوراخ (قطر ورودی، قطر خروجی، زاویه مخروطی و عدم دایره ای بودن قطر ورودی) مطالعه گردید.
مواد و روش هادر این مطالعه مدل سازی آماری- تجربی با استفاده از طراحی آزمایش به روش فاکتوریل کامل با دو فاکتور جابجایی و فاصله کانونی به ترتیب در ده و هفت سطح بر روی ورق هستلوی ایکس انجام گردید. همچنین چهار مورد قطر سوراخ ورودی و خروجی، زاویه مخروطی و میزان دایره ای بودن قطر ورودی به عنوان پاسخ های طراحی آزمایش در نظر گرفته شدند.
یافته هانتایج نشان داد با افزایش جابجایی و تغییرات مثبت فاصله کانونی قطر سوراخ ورودی و خروجی افزایش می یابد. همچنین تنوع قطر سوراخ بسیار قابل قبول بوده و از 183 میکرومتر تا 1768 میکرومتر با روش تک پالس روی ورق هستلوی ایکس با ضخامت یک میلی متر حاصل شد.
نتیجه گیرینتایج بهینه شده پاسخ ها، حداکثر مقدار قطر ورودی سوراخ 848/997 میکرومتر، حداکثر قطر خروجی سوراخ 341/771 میکرومتر، زاویه سوراخ 492/6 درجه و درنهایت خطای عدم گردی 0167/0 محاسبه گردید.
کلیدواژگان: سوراخ کاری لیزری، هستلوی ایکس، مشخصات هندسی سوراخ، بهینه سازی، فاکتوریل کامل، فاصله کانونی -
صفحات 67-78مقدمه و اهداف
طیف سنجی طول عمر نابودی پوزیترون روشی حساس برای بررسی حجم آزاد پلیمرها در مقیاس اتمی است و امکان تعیین اندازه، شکل و غلظت حفرات را فراهم می کند. این روش به عنوان ابزاری مکمل در کنار سایر روش های تجربی ماکروسکوپی استفاده می شود. در این پژوهش، برای نخستین بار طیف سنجی نابودی پوزیترون جهت بررسی حجم حفرات آزاد در نانوکامپوزیت های اپوکسی/نانواکسید گرافن و ارتباط آن با رفتار کششی نمونه ها به کار گرفته شد.
مواد و روش هادر این پژوهش، نمونه های اپوکسی حاوی نانواکسید گرافن در درصدهای وزنی مختلف (0/1، 0/3، 0/5 و 0/7) با طیف سنجی نابودی پوزیترون بررسی شدند. چشمه پرتوزا 22Na با فعالیت µCi 5 و آشکارسازهای سوسوزن پلاستیکی سریع با قدرت تفکیک زمانی 225 پیکوثانیه به کار رفت. همچنین آزمون کشش تک محوری انجام شد.
یافته هانتایج نشان داد که کم ترین میزان حجم حفرات آزاد (A3 83/87) مربوط به نمونه حاوی 0/3 درصد وزنی نانواکسید گرافن است که کاهش حدود هشت درصدی حجم حفرات آزاد در این نمونه در مقایسه با نمونه اپوکسی خالص (A3 90/97) را نشان می دهد. بالاترین استحکام کششی مربوط به نمونه حاوی 0/3 درصد وزنی نانواکسیدگرافن با مقدار 51/1 مگاپاسکال بود که افزایش 18 درصدی استحکام کششی در این نمونه در مقایسه با نمونه اپوکسی خالص (43/3 مگاپاسکال) مشاهده شد.
نتیجه گیریبه طور کلی، نتایج حاصل از طیف سنجی طول عمر نابودی پوزیترون و اندازه گیری استحکام کششی نمونه های نانوکامپوزیتی اپوکسی/نانواکسید گرافن نشان داد که ارتباط معکوسی بین حجم حفرات آزاد و استحکام کششی وجود دارد.
کلیدواژگان: طیف سنجی طول عمر نابودی پوزیترون، نانوکامپوزیت، اپوکسی، نانواکسید گرافن، استحکام کششی -
صفحات 79-92مقدمه و اهداف
این پژوهش با هدف بهبود خواص نوری آلومینای پلی کریستال از طریق کنترل رشد دانه ها و کاهش نقص های ساختاری انجام شد. برای این منظور، تاثیر نانوذرات آمورف نیترید سیلیسیم به عنوان عامل تقویت کننده، همراه با کمک تفجوش های منیزیا و لانتانیا، بر عبور پرتو مادون قرمز بررسی شد. علاوه بر این، اثر ماده پراکنده ساز بر یکنواختی دوغاب و توزیع ذرات مورد مطالعه قرار گرفت.
مواد و روش هاکامپوزیت های موردنظر به روش رسوب دهی شیمیایی تهیه شدند. پودر آلومینا همراه با نانوذرات نیترید سیلیسیم، نیترات منیزیم، نیترات لانتانیم و ماده پراکنده ساز در محیط آبی ترکیب شد. برای بهبود پراکندگی ذرات، از امواج مافوق صوت استفاده شد و اسیدیته دوغاب جهت پایداری سوسپانسیون برابر 10 تنظیم گردید. پس از آماده سازی پودر، فرآیند تف جوشی پلاسمای جرقه ای به منظور چگالش و کنترل رشد دانه ها اعمال شد. جهت مشخصه یابی نمونه ها، از روش های پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی و طیف سنجی مادون قرمز استفاده شد.
یافته هانتایج حاکی از آن بود که افزودن 0/1 درصد وزنی نانوذرات نیترید سیلیسیم و 2 درصد وزنی ماده پراکنده ساز، عبور پرتو مادون قرمز را به 85 درصد در طول موج 5-6 میکرومتر افزایش داد. تصاویر میکروسکوپی کاهش اندازه دانه ها و بهبود یکنواختی ریزساختار را تایید کردند. همچنین، نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد که ساختار بلوری آلومینا در تمامی نمونه ها حفظ شده است.
نتیجه گیریبهینه سازی فرآیند تف جوشی همراه با استفاده از نانوذرات نیترید سیلیسیم، امکان تولید آلومینای شفاف با خواص نوری بهبودیافته را فراهم می کند. این مواد قابلیت استفاده در سامانه های حساس به پرتو مادون قرمز از جمله سامانه های هدایت موشکی را دارند.
کلیدواژگان: آلومینا آلفا، نانوذرات آمورف نیترید سیلیسیم، ماده پراکنده ساز Dolapix CE64، تف جوشی پلاسمای جرقه ای، پرتو مادون قرمز -
صفحات 93-103مقدمه و اهداف
درصنایع مختلف از محلول های اسیدی به طور گسترده برای اسید شویی، حذف ناخالصی ها و آلاینده ها از سطح اجسام فلزی استفاده می شود. این امر منجر به کاهش مقاومت فلز برابر خوردگی می شود. هدف این پژوهش، ارزیابی استفاده از برخی داروهای ارزان قیمت به عنوان بازدارنده های خوردگی سبز جهت کنترل خوردگی فلزات در محیط اسیدی است.
مواد و روش هاکیفیت جذب و امکان تشکیل لایه محافظ پایدار داروی پاراستامول بر روی صفحه (110) فلز آهن با استفاده از محاسبات اصول اولیه مبتنی بر نظریه تابعی چگالی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است.
یافته هابا توجه به وجود حلقه بنزن و گروه های عاملی هیدروکسیل و آمید در ساختار پاراستامول، آرایش های ساختاری بسیاری ساخته و بهینه شده اند. از میان آرایش های مختلف، آرایشی که در آن مولکول پاراستامول از طریق حلقه بنزن بر روی صفحه (110) آهن جذب شده بود، از همه پایدارتر بود و انرژی جذب آن 242- کیلوژول بر مول به دست آمد. علامت و مقدار انرژی جذب محاسبه شده، نشان از مطلوبیت استفاده از داروی پاراستامول به عنوان بازدارنده خوردگی سطح آهن دارد. به منظور ارزیابی برهمکنش مولکول-سطح، چگالی حالت های تصویر شده، اختلاف چگالی بار، آنالیز بار بیدر و تابع جایگزیدگی الکترون برای حالت جذبی بهینه محاسبه شد.
نتیجه گیریاز مجموع این بررسی ها این چنین به دست آمد که هیبریداسیون اوربیتال های d اتم های فلزی و اوربیتال های پای حلقه بنزن در قالب پیوند پای بازگشتی، نقش عمده ای در جذب مولکول پاراستامول بر روی سطح آهن ایفا کرده اند.
کلیدواژگان: خوردگی الکتروشیمیایی، بازدارنده های خوردگی سبز، سطح آهن، پاراستامول، نظریه تابعی چگالی -
صفحات 105-118مقدمه و اهداف
نانوذرات نیکل به دلیل خواص فیزیکی، شیمیایی و مغناطیسی، قیمت ارزان و دمای تف جوشی مطلوب، در چاپ الکترونیک، ساخت خازن های سرامیکی چندلایه، دستگاه های مغناطیسی و الکترودهای ابر خازن ها در صنعت الکترونیک استفاده می شود. هدف از این پژوهش سنتز نانوذرات نیکل به روش فرسایش لیزری در مایع می باشد.
مواد و روش هابه منظور ارزیابی نانوذرات سنتزشده، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی، پراش نور دینامیکی، الگوهای پراش اشعه ایکس و طیف سنجی نوری مرئی- فرابنفش استفاده شد.
یافته هانتایج نشان داد که نانوذرات سنتزشده در حلال آب مقطر، شامل نانوذرات نیکل با ساختار کریستالی FCC و ساختار هسته-پوسته نیکل/ اکسید نیکل (NiO/Ni) با میانگین اندازه ذرات nm 70، مورفولوژی کروی و سطح زبر است؛ اما برای نانوذرات سنتزشده در حلال حاوی پایدارکننده پلی وینیل پیرولیدون، شامل نانوذرات نیکل خالص با اندازه ای در حدود nm 60، مورفولوژی کروی با ساختار کریستالی FCC است. نانوذرات نیکل سنتزشده در حلال حاوی پایدارکننده پلی وینیل پیرولیدون به علت مورفولوژی مناسب، توزیع مناسب اندازه ذرات و عدم تشکیل اکسید در آن می تواند گزینه مناسبی برای سنتز نانوذرات نیکل باشد.
نتیجه گیرینانوذرات سنتزشده در حلال حاوی پایدارکننده پلی وینیل پیرولیدون به علت مورفولوژی مناسب، توزیع مناسب اندازه ذرات و عدم تشکیل اکسید در آن می تواند گزینه مناسبی برای تولید جوهرهای رسانا باشد.
کلیدواژگان: فرسایش لیزری، سنتز نانوذرات نیکل، پایدارکننده پلی وینیل پیرولیدون (PVP)، لیزر نانوثانیه
-
Pages 1-17Introduction and Objectives
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti6242) alloy is a near-alpha titanium alloy widely used in biomedical, automobile, and aviation industries, known for having a high service temperature. The objectives of this study are to compare the electron beam melting and selected laser melting techniques in terms of the microstructure and hardness developed in Ti6242 alloy.
Materials and MethodsMicrostructure and hardness of Ti6242 alloy samples produced by the two-powder bed fusion techniques were analyzed using optical and scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and Vickers hardness test.
ResultsThe porosity levels in both samples were within the acceptable ranges for powder bed fusion processes. The solidified microstructure of laser powder bed fusion samples consisted of columnar β grains with martensitic α' phase, and that of electron beam powder bed fusion sample consisted of lamellar α+β phases with Widmanstätten and basketweave morphology and α colonies. Williamson-Hall plots revealed higher lattice microstrain in the laser powder bed fusion process. The average hardness values of electron beam powder bed fusion and laser powder bed fusion samples were approximately 408 HV and 401 HV.
ConclusionBoth powder bed fusion techniques employed were capable of producing samples of acceptable porosity levels. The solidified microstructures of the two techniques were somewhat different due to different heating and cooling histories experienced. The electron beam powder bed fusion sample enjoyed smaller lattice microstrain and higher hardness than the laser beam powder bed fusion sample. Hardness of both samples was higher than those of the conventionally fabricated components.
Keywords: Additive Manufacturing, Electron Beam Powder Bed Fusion, Laser Powder Bed Fusion, Ti6242 Alloy, Microstructure -
Pages 19-35Introduction and Objectives
Hydrogels, as three-dimensional hydrophilic scaffolds, play a crucial role in absorbing biological fluids and providing mechanical stability in the tissue regeneration process. This study aims to design and synthesize novel composite hydrogels based on thiol-modified silk fibroin and a zinc-containing bio-metal-organic framework (Zn-Bio MOF) with an adenine ligand to enhance mechanical and biological properties for tissue engineering applications.
Materials and MethodsPure silk fibroin was extracted and modified with thiol groups via L-cysteine conjugation. Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy was conducted to confirm these modifications. The Zn-Bio MOF was synthesized through a hydrothermal process using zinc (II) ions and an adenine ligand. Three types of composite hydrogels were prepared: (1) hydrogel based on thiol-modified silk fibroin, (2) hydrogel based on thiol-modified silk fibroin crosslinked via the Fenton reaction, and (3) composite hydrogel containing Zn-Bio MOF at various concentrations. Material characterization was performed using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD).
ResultsFTIR spectroscopy confirmed the reduction in peak intensities at 1650 cm⁻¹ and 3300 cm⁻¹ and the appearance of new peaks corresponding to S-S and S-H bonds. The average particle size of Zn-Bio MOF was 0.39 ± 0.12 nm, with a specific surface area of 1138.3 m²/g. Swelling and degradation analyses indicated that Zn-Bio MOF-containing hydrogels exhibited improved mechanical properties, including higher compressive modulus and toughness, approximately 30% weight loss over 72 hours, and controlled swelling behavior.
ConclusionThe findings of this study suggest that Zn-Bio MOF composite hydrogels, due to their enhanced mechanical properties and controlled swelling behavior, hold significant potential for tissue engineering and biomedical applications.
Keywords: Silk, Metal-Organic Framework, Zinc, Fenton Reaction, Hydrogel -
Pages 37-48Introduction and Objectives
The properties of coatings deposited by cold spray depend on the parameters of the process. The aim of this research is to investigate the effect of gas pressure and stand-off distance of cold spray process of zinc on a low carbon steel substrate.
Materials and MethodsIn this research, zinc powder was sprayed at pressures of 20 and 30 bar and stand-off distances of 20 and 30 mm. The microstructure of the coatings was investigated using optical and scanning electron microscope and the micro-hardness of the coatings was measured. Then, the selected coating and steel substrate were subjected to polarization corrosion test.
ResultsThe results showed that increasing the gas pressure from 20 to 30 bar decreased the porosity and increased the micro-hardness due to further deformation. Also, for a constant pressure, the stand-off distance of 20 mm has the lowest porosity and the highest micro-hardness due to the higher temperature of the particles when impact the substrate. The results obtained from the polarization test show that the coating has a sacrificial nature compared to the substrate and reduces the corrosion current density by 48% and corrosion rate by 33% compared to the substrate.
ConclusionIn this study, the effect of gas pressure and stand-off distance of cold spray process of zinc on low carbon steel substrate was investigated. The results showed that increasing the gas pressure from 20 to 30 bar and reducing the stand-off distance from 30 to 20 mm improved porosity and increased coatings micro-hardness. The results of this study can be used to optimize the parameters of the cold spraying of zinc for use in various industries such as automotive, power plants and marine infrastructure.
Keywords: Cold Spray, Steel, Zinc, Porosity, Corrosion Resistance -
Pages 49-66Introduction and Objectives
In this research, the laser drilling process was carried out by a single pulse method and the effect of displacement and focal length parameters on the geometry of the hole (Inlet diameter, Outlet diameter, Taper, and Entrance circularity error) was studied.
Materials and MethodsIn this study, statistical-experimental modeling was done using a full factorial experiment design with two factors of displacement and focal length in ten and seven levels on Hastelloy-X superalloy, respectively. Also, four cases of inlet and outlet hole diameter, cone angle, and circularity of the inlet diameter were considered as responses to the design of the experiment.
ResultsThe results showed that the diameter of the inlet and outlet holes increased with the increase of displacement and positive changes in the focal length. Also, the variation of the hole diameter was quite acceptable from 183 μm to 1768 μm with the single pulse method on the Hastelloy-X sheet with a thickness of 1 mm.
ConclusionThe optimized results of the answers revealed that the maximum value of the hole inlet diameter was 997.848 μm, the maximum hole outlet diameter was 771.341 μm, the taper was 6.492 degrees, and finally the entrance circularity error was 0.0167.
Keywords: Laser Drilling, Hastelloy-X, Hole Geometry, Optimization, Full Factorial, Focal Length -
Pages 67-78Introduction and Objectives
Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy is a sensitive method for investigating the free volume in polymers at the atomic scale, enabling the determination of pore size, shape, and concentration. It is widely used as a complementary identification tool alongside other macroscopic experimental techniques. In this study, for the first time, PALS was employed to examine the free volume in epoxy/graphene oxide nanocomposites and its correlation with the tensile behavior of the samples.
Materials and MethodsIn this research, Epoxy-based samples containing different weight percentages of graphene oxide (0.1, 0.3, 0.5, and 0.7 wt.%) were analyzed using PALS. A Na22 radioisotope with an activity of ~5 µCi was used as the positron source, and fast plastic scintillation detectors with a time resolution of 225 picoseconds were employed. Uniaxial tensile tests were also conducted.
ResultsThe results showed that the lowest free pore volume (i.e. 83.87 A3) was related to the sample containing 0.3 wt.% graphene oxide, indicating a decrease of ~ 8% in the free pore volume in this sample compared to the pure epoxy one (i.e. 90.97 A3). The best tensile behavior was obtained for the sample containing 0.3 wt. % graphene oxide (i.e. 51.1 MPa), which revealed an 18 % increase in the tensile strength compared to the pure epoxy sample (i.e. 43.3 MPa).
ConclusionIn general, the results of the positron annihilation lifetime spectroscopy and tensile strength measurements of the epoxy/graphene oxide nanocomposites showed that there was an inverse relationship between the free pore volume and tensile strength.
Keywords: Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy, Nanocomposite, Epoxy, Graphene Oxide, Tensile Strength -
Pages 79-92Introduction and Objectives
This study aims to enhance the optical properties of polycrystalline alumina by controlling grain growth and minimizing structural defects. To achieve this, the influence of amorphous silicon nitride (Si₃N₄) nanoparticles as a reinforcing agent, in conjunction with MgO and La₂O₃ as sintering aids, on the infrared transmittance of PA was investigated. Furthermore, the role of the dispersing agent in improving slurry homogeneity and particle distribution was evaluated.
Materials and MethodsThe composite materials were synthesized via a chemical precipitation process, wherein alumina powder was mixed with Si3N4 nanoparticles, magnesium nitrate, lanthanum nitrate, and a dispersing agent in an aqueous solution.Ultrasonic waves were employed to enhance particle dispersion, and the slurry pH was adjusted to 10 to stabilize the suspension.Subsequent to powder preparation, spark plasma sintering was utilized to achieve densification and control grain growth. The microstructural and optical characteristics of the samples were then analyzed using X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy and infrared spectroscopy.
ResultsThe findings indicated that the incorporation of Si3N4 nanoparticles (0.1 wt%) and a dispersing agent (2 wt%) led to an enhancement in infrared transmittance, with a maximum achieved of 85% within the 5–6 µm wavelength range. This observation was corroborated by microscopic analysis, which confirmed a reduction in grain size and an improvement in microstructural uniformity. Furthermore, X-ray diffraction analysis substantiated the preservation of the crystalline structure of alumina across all samples.
ConclusionThe optimization of the sintering process, in conjunction with the incorporation of silicon nitride nanoparticles, facilitates the fabrication of transparent alumina, which exhibits augmented optical properties. These materials hold considerable promise for applications in infrared-sensitive systems, including missile guidance and optical sensor technologies.
Keywords: Alpha Alumina, Amorphous Silicon Nitride Nanoparticles, Dispersing Agent Dolapix CE64, Spark Plasma Sintering, Infrared Radiation -
Pages 93-103Introduction and Objectives
Acidic solutions are widely used for acid pickling, removing impurities and contaminants from the surfaces of metal objects in various industries. This process, however, reduces the corrosion resistance of metal. The objective of this study is to assess the application of certain cost-effective pharmaceuticals as eco-friendly corrosion inhibitors to mitigate metal corrosion in acidic environments.
Materials and MethodsThe adsorption quality and the potential for forming a stable protective layer of paracetamol on the (110) plane of iron have been investigated and analyzed using first-principles calculations based on density functional theory.
ResultsGiven the presence of a benzene ring and hydroxyl and amide functional groups in paracetamol's structure, numerous structural arrangements were created and optimized. Among these, the arrangement where the paracetamol molecule was adsorbed onto the (110) plane via the benzene ring proved to be the most stable, with an adsorption energy of -242 kJ/mol. The sign and magnitude of the calculated adsorption energy suggest that paracetamol is a suitable corrosion inhibitor for iron surface. The projected density of states, charge density difference, Bader charge analysis, and electron localization function for the optimal adsorption state were calculated to evaluate the molecule-surface interaction.
ConclusionThese analyses revealed that the hybridization of the d orbitals of the metal atoms and the π orbitals of the benzene ring, forming a back-donation π bond, played a major role in the adsorption of the paracetamol molecule on the iron surface.
Keywords: Electrochemical Corrosion, Green Corrosion Inhibitors, Fe Surface, Paracetamol, Density Functional Theory -
Pages 105-118Introduction and Objectives
Nickel nanoparticles are utilized in electronic printing, multilayer ceramic capacitors, magnetic devices, and supercapacitor electrodes in the electronics industry due to their favorable physical, chemical, and magnetic properties, low cost, and optimal sintering temperature. The objective of this study is to synthesize nickel nanoparticles via laser ablation in liquid.
Materials and MethodsTo characterize the synthesized nanoparticles, field-emission scanning electron microscopy, dynamic light scattering, X-ray diffraction, and ultraviolet-visible spectroscopy were employed.
ResultsThe results revealed that nanoparticles synthesized in distilled water consisted of nickel nanoparticles with FCC crystalline structure and a nickel/nickel oxide (Ni/NiO) core-shell structure. These particles exhibited an average size of 70 nm, spherical morphology, and a rough surface. In contrast, nanoparticles synthesized in a solvent containing Polyvinylpyrrolidone as a stabilizer comprised pure nickel nanoparticles with an average size of 60 nm, spherical morphology, and an FCC crystalline structure. The Polyvinylpyrrolidone-stabilized nanoparticles, owing to their uniform morphology, narrow particle size distribution, and absence of oxide formation, are a promising candidate for nickel nanoparticle synthesis.
ConclusionThe nickel nanoparticles synthesized in the Polyvinylpyrrolidone-containing solvent, due to their optimal morphology, uniform particle size distribution, and lack of oxide formation, are well-suited for the production of conductive inks.
Keywords: Laser Ablation, Nickel Nanoparticle Synthesis, Polyvinylpyrrolidone (PVP) Stabilizer, Nanosecond Laser