فرآیندهای نوین در مهندسی مواد
سال:1398 | دوره:13 | شماره:4 (پیاپی 51) |تعداد مقالات:7

هدف از این تحقیق بررسی تأثیر دمای سینتر بر سنتز و خواص نانوکامپوزیت های B4C-TiB2 به روش های سل ژل و سنتز درجا جهت دستیابی به نمونه هایی با 10 درصد وزنی نانو ذرات TiB2 با استفاده از سینتر بدون فشار است. بر این اساس مواد اولیه B4C و تیتانیوم تترا ایزوپروپکساید (TTIP) برای سنتز B4C-TiB2 به روش سل ژل و پودرهای TiO2، کربن و B4C برای سنتز B4C-TiB2 به روش درجا مورد استفاده قرار گرفتند. سینتر نمونه ها در دماهای 2100، 2175 و 2250 درجه سانتی گراد در اتمسفر آرگون و به مدت 5/1 ساعت انجام شد. سپس آنالیزهای XRD و FESEM و آزمون های تعیین دانسیته و میکروسختی سنجی انجام گرفت. نتایج نشان دهنده این است که دانسیته نسبی و میکروسختی کاربید بور با استفاده از تشکیل TiB2 به وسیله هر دو روش سل ژل و سنتز درجا بهبود یافته است و مقادیر به دست آمده از روش سل ژل بیشتر از روش سنتز درجا می باشد. دانسیته نسبی برای نمونه های B4C-TiB2 حاصل از روش سل ژل در دماهای 2100، 2175 و 2250 درجه سانتی گراد به ترتیب به میزان 63/73، 67/81 و 03/92 درصد و برای نمونه های B4C-TiB2 حاصل از روش درجا به ترتیب به میزان 49/71، 66/78 و 07/90 به دست آمده است. همچنین افزایش دما از ° C 2100 درجه سانتی گراد به ° C 2250 سبب بهبود تراکم پذیری و در نتیجه افزایش دانسیته نسبی و میکروسختی نانو کامپوزیت های B4C-TiB2 در هر دو روش شده است.

هدف اصلی این پژوهش، مقایسه ترکیب شیمیایی شیشه های زیست فعال S58 و S68 و بررسی تاثیر میزان CaO بر تشکیل برون تنی هیدروکسی آپاتایت، سمیت و تکثیرسلولی سلول های استخوانی MC3T3 همچنین خواص ضدباکتریایی سیستم سه جزئی SiO_2-CaO-P_2 O_5 سنتز شده به روش سل-ژل است. به این منظور ابتدا، دو شیشه زیست فعال S58 ( mol%: 60%SiO2 – 36%CaO – 4%P2O5 ) و S68 (mol%: 70%SiO_2-26% CaO-4% P_2 O_5) با مقدار ثابت P_2 O_5 به روش سل-ژل تهیه شدند. سپس، تاثیر میزان CaOدر ترکیباتشان بر زیست فعالی به صورت برون تنی با غوطه ور کردن پودرهای S58 و S68 در محلول شبیه سازی شده بدن (SBF) برای دوره های زمانی تا 14 روز مورد بررسی قرارگرفت. بررسی ترکیب محلول SBF با آنالیز طیف سنجی پلاسمای جفت شده القایی (ICP-AES) اندازه گیری شد. همچنین، طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (FTIR)، پراش الکترونX (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) برای بررسی تشکیل هیدروکسی آپاتایت روی سطوح شیشه های زیست فعال انجام شد. از سوی دیگر، آزمون های رنگ آمیزی سلولی زنده/مرده، زولیم برماید(MTT) و آزمون الکالین فسفاتاژ(ALP) به ترتیب به منظور بررسی کیفیت و کمیت زیست پذیری سلول ها، تکثیر سلول های MC3T3 در حضور شیشه های زیست فعال S58، S68 انجام شد. در نهایت، شیشه زیست فعال S58، با تکثیر سلولی و فعالیت (ALP) سلول های MC3T3 افزایش یافته، زیست فعالی قابل قبول و ضد باکتریایی چشمگیر بالا در برابر باکتری (MRSA)، به عنوان یک ماده زیستی مناسب تر نسبت به شیشه زیست فعال S68 به منظور بهبود عملکرد ارائه یون-های درمانی و فاکتورهای رشد برای مهندسی بافت استخوانی معرفی می گردد.

در این پژوهش فعالیت فوتوکاتالیستی ZnO و نانوکامپوزیت حاصل از ترکیب آن با ZnWO4 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تأثیر افزودن ZnWO4 به نانو ذرات ZnO بر روی فعالیت فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت ZnO-ZnWO4 مورد مطالعه قرار گرفت. از روش میکروامولسیون آب در روغن به منظور سنتز نانو ذرات استفاده شد و درصدهای متفاوت استوکیومتری از این نانوکامپوزیت جهت بررسی خواص فوتوکاتالیستی سنتز شد. برای مشخصه یابی نانو ذرات، از آنالیزهای پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FE-SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، و طیف سنجی جذبی مرئی و فرابنفش (UV-Vis) استفاده شد. نتایج پراش اشعه ایکس نشان داد که نانوکامپوزیت ZnO-ZnWO4 با کریستال های نانومتری شکل گرفته است و همچنین نتایج به دست آمده از TEM نشان دهنده توزیع اندازه ذرات در محدوده 40 تا 60 نانومتر است. نتایج نشان می دهد که راندمان تخریب فتوکاتالیستی رنگ متیلن بلو توسط نانوذرات ZnO در اثر افزوده شدن ZnWO4، افزایش چشمگیری داشته و بالاترین راندمان تخریب مربوط به نانوکامپوزیت ZnO-30%ZnWO4 با 57/96% است.

در این پژوهش، پلی آنیلین (PA) همراه با کیتوسان (CH) به عنوان بستری موثر و مناسب برای نانوذرات استفاده گردید. نانوذرات اورتوفریت لانتانیم (LFO) با روش سل-ژل سنتز و با تکنیک های پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتوی ایکس (EDS) شناسایی گردید. نانوکاتالیست Pt-LFO/PA-CH با کاهش شیمیایی هگزاکلروپلاتینیک اسید به وسیله سدیم تتراهیدروبورات در حضور نانوذرات LFO در بستر PA-CH تهیه شد. شکل ظاهری و توزیع نانوذرات با تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) تعیین شدند. فعالیت کاتالیزوری نانوکاتالیست Pt-LFO/PA-CH برای الکترواکسیداسیون متانول با تکنیک های ولتامتری چرخه ای و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مطالعه شد. اثرات برخی عوامل تجربی برای الکترواکسایش متانول مانند غلظت متانول، سرعت روبش و دما در کاتالیست تهیه شده مطالعه گردید. انرژی فعال سازی قله آندی اکسایش متانول در Pt-LFO/PA-CH نیز محاسبه گردید و مقدار آن kJ mol-1 14/17 به دست آمد. فعالیت کاتالیزوری کاتالیست Pt-LFO/PA-CH برای الکترواکسایش متانول با کاتالیست Pt/PA-CH مقایسه گردید. سطح مقطع فعال الکتروشیمیایی کاتالیست Pt-LFO/PA-CH (m2g-1Pt 77/46) بیشتر از Pt/PA-CH ( m2g-1Pt 54/69) به دست آمد. در غلظت متانول M 1/76، چگالی جریان قله آندی اکسایش متانول در Pt-LFO/PA-CH (mA cm-2 377/58) بیشتر از کاتالیست Pt/PA-CH (mA cm-2 203/67) بود. سطح مقطع فعال الکتروشیمیایی و چگالی جریان بالاتر Pt-LFO/PA-CH برای اکسایش متانول نشان دهنده فعالیت کاتالیزوری بسیار بهبود یافته Pt-LFO/PA-CH برای الکترواکسایش متانول می باشد. از این رو، کاتالیست تهیه شده می تواند به عنوان کاتالیستی موثر برای الکترواکسایش متانول در پیل های سوختی متانولی مستقیم به کار رود.

برای بهبود استحکام اتصال نقطه ای صفحات آلومینیومی از سنتز درجای آلومینیوم و کروم (Al/Cr) در موضع اتصال استفاده شد. بدین منظور مقدار gr 0. 03پودر Cr با اندازه ذرات µ m10 به موضع اتصال نقطه ای آلومینومی افزوده و تحت فرایند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی نقطه ای (FSSW) واقع شد. بررسی های ریزساختاری، تشکیل ترکیبات بین فلزی و خواص مکانیکی نمونه ها به ترتیب توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی به همراه آنالیز خطی و نقطه ای EDS و آزمون های کشش و ریزسختی سنجی انجام شد. توسط بررسی آنالیز شیمیایی نقطه ای و خطی موضع اتصال نشان داد که سرعت چرخشی لازم برای تشکیل ترکیبات بین فلزی Al و Cr حین فرایند FSSW، rpm 2500 می باشد که با تأمین حرارت لازم برای سنتز، موجب تشکیل ترکیبات بین فلزی(Al13Cr2) غنی از Al و Cr در موضع اتصال شد. مقدار سختی در مرکز اتصال برای نمونه بدون پودر Cr و نمونه تقویت شده با پودر Cr به ترتیب HV5± 60 و HV 5± 140 و استحکام بیشینه برای این دو نمونه به ترتیب MPa 5± 40 و MPa 10± 130 حاصل شد که این افزایش سختی و استحکام مذکور ناشی از تشکیل رسوبات غنی از Al و Cr در موضع اتصال بود.

در طی دهه اخیر ساخت و کاربرد جاذب های مختلف عناصر سنگین از محیط بسیار مورد توجه می باشد، در این میان نانوکامپوزیت ها بواسطه ی داشتن سطح ویژه و تخلخل بالا، قادر به حذف مقادیر نسبتاً زیادی از این گونه آلاینده ها از محیط های آبی می باشند. در این تحقیق نانوکامپوزیت پلی آکریل آمید-پلی استایرن/بنتونیت سنتز، شناسایی و مورد استفاده قرار گرفت. اثر شرایط تاثیر گذار بر جذب شامل: pH، نسبت بنتونیت به پلی آکریل آمید، میزان جاذب، زمان تماس، غلظت کاتیون و سینتیک عمل جذب مورد تحلیل و بررسی َقرار گرفت. ساختار نانوکامپوزیت با روش های TEM، BET، ، FT-IR و XRD شناسایی شد. میزان جذب سرب و کادمیم بوسیله دستگاه جذب اتمی مورد سنجش قرار گرفت. نتایج بررسی های ریز ساختاری نشان داد نانوکامپوزیت پلی آکریل آمید-پلی استایرن /بنتونیت از نظر فاصله لایه ها و سطح تماس، نسبت به بنتونیت افزایش چشمگیری داشته است. چنین ساختاری در شرایط بهینه افزایش نسبتاً زیادی از جذب آلاینده های کاتیونی سرب و کادمیم را نسبت به جاذب های بنتونیت و پلی آکریل آمید نشان می دهد. همچنین نتایج بررسی ها نشان داد که بیشترین مقدار جذب در 6=pH، بهترین نسبت بنتونیت به پلی آکریل آمید 5/2: 5، مقدار بهینه جاذب برابر با 5 گرم بر لیتر، مدت زمان تماس برابر با 12 ساعت و بیشترین جذب فلزات در غلظت 150 میلی گرم بر لیتر بدست آمد.

در این پژوهش سنتز نانو ذرات سیلیکاتی مزومتخلخل توخالی با استفاده از پیش ماده تترا اتیل اورتو سیلیکات (TEOS) در حضور قالب پلی استایرن مورد بررسی قرار گرفت، فرآیند در یک محیط شیمیایی بر پایه الکلی با کنترل pH و افزودن فعال کننده سطحی ستیل تری-متیل آمونیم برمید (CTAB) در غلظت مناسب انجام گردید. برای ارزیابی سازوکار سنتز ذرات سیلیکاتی مزومتخلخل توخالی از روشهای آنالیز FTIR، DTA/TG، BET، DLS، XRD، SEM و TEM استفاده شد. نتایج آنالیز پیوندی FTIR نشان داد که ذرات پیش سازنده TEOS در حین فرآیند سنتز با مواد فعال کننده CTAB پیوندهای سطحی برقرار کرده و همینطور وجود پیوندهای Si-O-Si (محدوده cm-1 1320-600 ) نشان دهنده تشکیل زنجیره های سیلیکاتی بر روی قالبهای پلی استایرن می باشد. مطالعات آنالیز حرارتی DTA/TG نشان داد ذرات سیلیکاتی را می توان در دمای 380 درجه سانتیگراد سنتز کرد. آنالیز BET نشان داد سطح ویژه ی این ذرات برابر با m2. g-1 1180 می باشند. نتایج پراش سنجی اشعه ایکس نشان داد که، محصول بدست آمده سیلیکای آمورف می باشد و فازهای ناخواسته در این سیستم تشکیل نشده است. منحنی توزیع DLS نشان داد که ذرات سنتز شده دارای ابعادی در محدوده اندازه 1 الی 10 نانومتر بوده و توزیع اندازه ذرات در محدوده ی باریکی می باشد. تصاویر SEM موید کروی بودن نانوذرات با اندازه متوسط 25-30 نانومتر می باشد. در نهایت تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داد که ذرات سیلیکاتی سنتز شده توخالی بوده بطوریکه قطر محفظه توخالی و قطر کل آن به ترتیب در حدود 30 و 80 نانومتر می باشد.