نانو مواد (تحقیقات مواد نانو کامپوزیتی)
سال:1390 | دوره:3 | شماره:8 |تعداد مقالات:8

در این پژوهش، برای اولین بار از نانوکامپوزیت هیدروکسی آپاتیت به همراه آلومینا و زیرکونیا به عنوان پوشش بر تیتانیوم استفاده گردید. دو نوع پایه تیتانیوم خالص با درصد ناخالصی آهن متفاوت به عنوان پایه انتخاب شد و پس از آماده سازی با سل هیدروکسی - آپاتیت - آلومینا - زیرکونیا پوشش داده شدند. روش پوشش دهی سل - ژل به دو صورت غوطه وری (Dip-coating) و چرخشی (Spin-coating) بر روی نمونه ها اعمال گردید. انتخاب این روش به دلیل ارزان بودن و قابلیت پوشش دهی انواع نمونه ها بوده است. با مقایسه پوشش های بدست آمده مشاهده شد که در روش Dip-coating، ترک کمتر و ساختار پوشش یکنواخت تر است. البته پوشش حاصل از روش Spin-coating نیز تقریبا یکنواخت است اما ترک های بیشتری در آن مشاهده می شود. فرآیند پوشش دهی در سه مرحله انجام شد که در بین سه مرحله کار، در مرحله 2 از نظر همگنی پوشش در تمام قسمت ها و تعداد ترک ها، پوشش های بهتری بدست آمد. به نظر می رسد که استفاده از پایه دارای ناخالصی آهن کمتر در هر شرایطی پوشش های همگن تری را بوجود آورده است. افزایش زمان پیرسازی سل و دمای کلسیناسیون پوشش نیز تاثیر مشخصی بر نتیجه کار داشته و کیفیت پوشش های حاصل را افزایش داده است. هدف از انجام این پژوهش بررسی این پوشش ها برای استفاده به عنوان پوشش بر روی ایمپلنت های دندانی تیتانیومی بوده است. بعلاوه با توجه به این نکته که ایمپلنت گذاری خود یک جراحی پرهزینه است، از مواد اولیه ارزان جهت پوشش دهی استفاده شده است.

در پژوهش حاضر، تاثیر افزودن فاز تقویت کننده سیلیکون کاربید و همچنین شرایط متفاوت گرمادهی در هنگام فرآیند سینتر کردن بر استحکام مکانیکی و سختی کامپوزیت آلومینا - سیلیکون کاربید بررسی شده است. نتایج بدست آمده بیانگر این مطلب است که افزودن سیلیکون کاربید برخلاف کاهش روند تراکم و چگالی، منجر به افزایش سختی و استحکام کامپوزیت حاصله در مقایسه با زمینه می شود. همچنین سینتر کردن کامپوزیت در طی مراحل متعدد تا رسیدن به دمای نهایی یکسان، منجر به افزایش چگالی قطعات می شود و در نتیجه آن سختی و استحکام مکانیکی کامپوزیت نیز افزایش می یابد. روند بهبود خواص مکانیکی دارای بهینه درصد فاز تقویت کننده می باشد. از همین رو این افزایش تا 5 و 10 درصد وزنی سیلیکون کاربید به ترتیب بهینه حالت برای سختی و استحکام خمشی کامپوزیت می باشد و از آن به بعد روند بهبود این خواص نزولی می شود.

پوشش های نانو TiO2 خالص و دوپ شده با سریم و نیتروژن به روش سل - ژل و غوطه وری بر روی سطح شیشه - سرامیک آی پی اس ایمپرس 2 ایجاد شد. نمونه ها به مدت 2 ساعت در دمای 550 oC عملیات حرارتی شدند. سپس ساختار بلوری نمونه ها با استفاده از تکنیک پراش پرتو ایکس (XRD) و ریزساختار نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مورد مطالعه قرار گرفت و خواص نوری آنها به کمک طیف سنج جذبی انعکاسیUV-Vis  و در پایان اثر فتوکاتالیستی از طریق اندازه گیری میزان تخریب و تجزیه متیل اورانژ بر اثر تابش نور (طول موج l=366 nm) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با دوپ سریم و نیتروژن در ساختار TiO2، فاز اصلی نمونه ها آناتاز است و با افزایش میزان دوپ اندازه بلورک ها کاهش می یابد. از طرف دیگر جذب نور TiO2 دوپ شده با افزایش دوپ سریم و نیتروژن، افزایش می یابد و دوپ سریم باعث می شود طیف جذبی به سمت محدوده مرئی حرکت کند و مشخص گردید که پوشش های TiO2 دوپ شده فعالیت فتوکاتالیستی قوی تری نسبت به TiO2 خالص دارند. نتایج آزمایش ها نشان داد که دوپ سریم (با نسبت درصد سریم به تیتانیوم: 1%) و دوپ نیتروژن (با نسبت مقدار اوره به تترا ان بوتیل تیتانات: 0.25) در ساختار TiO2 خواص فتوکاتالیستی فاز آناتاز TiO2 را بهبود می دهد.

در تحقیق حاضر، نانولوله های اکسید تیتانیوم ( (TiO2به کمک راندن سل تیتانیوم به درون کانال های قالب، با استفاده از تکنیک الکتروفورزیس (برق رانی) سل - ژل، سنتز شدند. برای این منظور سل پایدار با استفاده از پیش مواد ارگانومتالیک تیتانیوم تهیه و با اعمال میدان الکتریکی مستقیم به درون کانال های قالب رانده شد تا نانولوله ها بر جداره حفرات تشکیل شوند. با سونش شیمیایی حفرات قالب به کمک اسید فسفریک، رشد موفقیت آمیز ساختارهای لوله ای درون قالب ها امکان پذیر گردید. پس از انجام عملیات حرارتی ساختار فازی نانولوله های تولید شده به کمک بررسی های پراش اشعه ایکس (XRD) شناسایی گردید. بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز انرژی پاشیده اشعه ایکس (EDX) نشان دادند که به این طریق آرایه هایی از نانولوله هایTiO2  با ابعاد و هندسه نسبتا یکنواخت را می توان به روش برق رانی درون قالب ها رشد داد.

در این پژوهش، نانوساختارهای کاربید بور با استفاده از روش آلیاژسازی مکانیکی تهیه شد. نانوساختارها با استفاده از نمک های هالوژنی، اکسید بور و عامل کاتالیستی کبالت تهیه شدند. ساختار و توزیع اندازه ذرات و مورفولوژی سطح این نانوذرات با استفاده از طیف پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. الگوی XRD به وضوح تشکیل فاز کاربید بور و عدم وجود هرگونه فاز دیگری به غیر از کاربید بور را مورد تایید قرار داد. تصاویر SEM توزیع منظمی از اندازه ذرات تشکیل شده را به صورت لانه پرندگان نمایش داد. میانگین اندازه این ذرات 25 نانومتر گزارش شد.

در این تحقیق، از آسیاب مکانیکی در محیط خشک برای توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی چند دیواره در داخل فلز مس و ساخت نانوکامپوزیت مس - نانولوله های کربنی چند دیواره استفاده شد. تغییرات مورفولوژی ذرات و توزیع نانولوله های کربنی در داخل پودر مس توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، تغییرات اندازه دانه های فلز مس توسط پراش اشعه X با استفاده از روش ویلیامسون - هال انجام شد. نتایج نشان داد که مورفولوژی ذرات، اندازه دانه های فلز پس از زمان آسیاب مکانیکی 16 ساعت تقریبا ثابت می ماند که نشان دهنده رسیدن پودر به حالت پایدار است. بررسی تغییرات ساختار نانولوله ها در هنگام آسیاب مکانیکی، توسط آنالیز رامان نشان داد که در هنگام آسیاب مکانیکی، ساختار نانولوله ها مقداری آسیب می بیند. بنابراین تغییر شرایط آسیاب مکانیکی برای کوتاه کردن زمان رسیدن به حالت پایدار ضروری است.

در کار حاضر، ترکیبی از پودرهای خالص تجاری نیکل و منگنز با نسبت اتمی Ni-%55Mn در یک آسیای سیاره ای پرانرژی آلیاژسازی شدند. این فرآیند با سرعت چرخش 400 rpm و نسبت وزنی گلوله به پودر 1:12 تحت اتمسفر گاز خنثی آرگون انجام شد. سپس پودرهای آسیاکاری شده تحت شرایط دمایی و زمانی مختلف عملیات حرارتی شدند. جهت مطالعه فرآیند آلیاژسازی مکانیکی از روش پراش پرتو ایکس با تابش اولیه  CuKaاستفاده شد. پروفایل پیک های پراش اشعه ایکس، محلول جامد به شدت تغییر شکل یافته و نزدیک به فاز آمورف را پس از 20 ساعت آسیاکاری نشان می دهند. پس از 50 ساعت آسیاکاری تبلور مجدد جزئی همراه با فرآیند نظم یابی در ساختار رخ داده است. با انجام عملیات حرارتی، تحولات نظم یابی و تبلور مجدد به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

در این مطالعه، پوشش نانوکامپوزیتی نیکل - اکسید تیتانیوم - اکسید آلومینیوم به روش رسوب دهی الکتریکی از حمام وات در غلظت های مختلف ذرات اکسید، روی زیرلایه فولاد آلیاژی ایجاد شده است. افزایش ذرات تقویت کننده روی مورفولوژی سطح تاثیر گذاشت و سبب اصلاح دانه بندی ذرات پوشش شد. توزیع ذرات در پوشش روی خواص پوشش بررسی گردید. نتایج نشان داد با افزایش مقدار ذرات تقویت کننده در پوشش، میکروسختی افزایش می یابد و در حدود 7.9 درصد وزنی به بیشترین مقدار خود یعنی 425 ویکرز می رسد.