علم و مهندسی سرامیک
سال:1401 | دوره:11 | شماره:4 |تعداد مقالات:7

1 مواد هوشمند (Smart Materials) به آن دسته از مواد می ­گویند که می توانند محیط و شرایط اطراف خود را درک کنند و به آن واکنش نشان دهند. آلیاژهای حافظه دار مغناطیسی زیر مجموعه ای از مواد هوشمند می­ باشندکه شکل ماده و سایر ویژگی­های مکانیکی آن در پاسخ به میدان های مغناطیسی و مکانیکی تغییر می ­کند. آلیاژهای حافظه­ دار در سال های اخیر به دلیل ویژگی­ های منحصر به فردشان از جمله مقاومت به خوردگی بالا، مقاومت ویژه الکتریکی نسبتاً بالا، خواص مکانیکی نسبتاً خوب، خستگی طولانی، شکل پذیری بالا و قابلیت انطباق با بدن در طیف گسترده ای از صنایع مورد توجه قرار گرفته­ اند. این آلیاژها مواد هوشمندی هستند که پس از تغییر شکل می­ توانند شکل اولیه خود را به یاد آورند. هدف از ارائه این مقاله آشنایی، کاربرد و بررسی خواص مواد حافظه­ دار مغناطیسی می­ باشد. در واقع با ارائه چند مدل مطالعه شده، معادلات ساختاری، خواص، کاربرد آن­ ها در حوزه­ های مختلف و نمودارها سعی در بررسی این مواد داشته ­ایم و به چالش­ های موجود آن پرداخته­ ایم. از مهمترین نتایج کمی این مواد اثر حافظه­ دار بودن مغناطیسی تا 6% ازدیاد طول، پاسخ بسامد 1-2KHZ، چگالی نیرو 2Mpa، میدان مغناطیسی کوچک تر از 0/8T و دمای کوری حدود ℃ 105 -95 می ­باشد که ضرورت استفاده این مواد را در صنایع مختلف بیان می­ کند.

1هدف از این مطالعه، تهیه نانوذرات دی اکسید تیتانیوم تکلیس شده در دماهای مختلف جهت به کارگیری برای جذب سطحی یون­ های روی از محیط آبی و سپس بررسی سینتیکی و ایزوترمی فرآیند جذب سطحی است. بدین منظور، نانوذرات با استفاده از روش سل-ژل سنتز شده و سپس در دماهای °C 450 و °C 800 مورد تکلیس قرار گرفتند. ویژگی­ های ساختاری، سطحی و شیمیایی نانوذرات سنتز شده توسط آنالیزهای XRD ،BET ،FTIR و SEM بررسی گردید. نتایج مطالعات جذب سطحی نشان داد که در محلول حاوی روی با غلظت اولیه mg/l 10 تحت شرایط 7pH=، غلظت جاذب g/l 0/3 و دمای °C 25، بیش ترین راندمان جذب سطحی مشاهده می­ شود. مشخص شد که در بهترین شرایط، ماده­ های جاذب تهیه شده در دماهای °C 450 و °C 800 به ترتیب دارای راندمان جذب روی به میزان  99% و 92% بودند. مطالعات ایزوترمی نشان داد که به ترتیب ایزوترم­ های فرندلیش، تمکین، لانگمویر و دوبینین-رادوشوویچ، بهترین میزان همخوانی با داده ­های تعادلی جذب داشتند. همچنین، نتایج بررسی مدل­ های سینتیکی بیانگر بهترین میزان همخوانی به ترتیب برای مدل­ های شبه مرتبه دوم، ایلوویچ و مدل سینتیکی شبه مرتبه اول بودند.

1خازن­ های الکتروشیمیایی به دلیل داشتن دانسیته توان بالا، سیکل­ پذیری زیاد و دانسیته انرژی مطلوب در سال­ های اخیر برای استفاده در سیستم­ های ذخیره و انتقال انرژی مورد توجه قرار گرفته­ اند. اکسیدهای فلزی دوتایی بدلیل داشتن خواص مورفولوژیکی مطلوب و عملکرد ابرخازنی بهتر، مورد توجه محققان قرار برای ساخت الکترود قرار گرفته ­اند. در این پژوهش ماده الکترودی منگنز وانادات (Mn2V2O7) با استفاده از روش دو مرحله­ای سل­ ژل و هیدروترمال سنتز شد. سپس تست­ های مشخصه­ یابی XRD، FT-IR و SEM جهت تعیین خواص کریستالوگرافیکی و مورفولوژیکی مورد استفاده قرار گرفتند. تست­ های مشخصه­ یابی نشان دادند که ماده الکترودی Mn2V2O7 با مورفولوژی کره­ ای پوشش بدست آمدند. با انجام تست های الکتروشیمیایی CV، GCD و EIS، مشخص شد که الکترود Mn2V2O7 دارای عملکرد عالی ابرخازنی با ظرفیت ویژه خازنی F/g 401 در دانسیته جریان A/g 1 است. این عملکرد مربوط به اثر هم­ افزایی اکسید­های منگنز و وانادیوم می­ باشد که تخلخل و سایت­ های فعال لازم جهت انجام واکنش انتقال بار را فراهم می­ کنند.

1در این مطالعه خواص الکتروکاتالیستی الکترود های نانوساختار  CoPSe با نسبت های مولی مختلف فسفر به سلنیم در ساختار الکترود بررسی شد. این الکترود ها توسط روش هیدروترمال روی یک فوم نیکل (به عنوان زیرلایه) در دمای C°180 و برای 5 ساعت در نسبت های مختلف مولی فسفر به سلنیم در ترکیب  (0:1، 2:8، 4:6، 1:1، 6:4، 8:2 و 1:0) تهیه شدند. مورفولوژی نمونه های سنتز شده با میکروسکوپ الکترونی FE-SEM، پراکندگی اتمی  عنصر های مختلف موجود در ساختار توسط آنالیز نقشه برداری عناصر (map)،  ترکیب عنصری به وسیله ی روش طیف سنجی انرژی پرتو  ایکس (EDS)، آنالیز فازی و نوع پیوندهای اتمی نمونه ها نیز به وسیله ی طیف سنجی پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) بررسی شدند. به منظور تشخیص چگونگی عملکرد الکتروشیمیایی، الکترودها تحت آزمون­ های ولتامتری چرخه ­ای (CV)، ولتامتری خطی (LSV) و آزمون امپدانس الکتروشیمیایی(EIS) قرار گرفتند. طبق داده های بدست آمده بیش ترین ظرفیت و مرتفع ترین پیک احیا در منحنی  ولتامتری چرخه ای و کمترین پتانسیل اضافی در منحنی  ولتامتری خطی برای آزاد سازی هیدروژن در چگالی جریان 20- میلی آمپر بر سانتی متر مربع برای نمونه CoPSe )6:4( و برابر V0/21- بود. طبق آزمون امپدانس الکتروشیمیایی کمترین Rct نیز برابر (Ω 1/534) و مربوط به نمونه ی CoPSe )6:4 (بود که به عنوان بهترین الکترود سنتز شده در این پژوهش معرفی شد.

1انرژی یون کربن یک فاکتور کلیدی در تعیین مقدار پیوندهای sp3 در ساختار لایه کربن آمورف و ماهیت شبه الماسه است. در این پژوهش، تحولات ساختاری پوشش کربن شبه الماس بر اساس مکانیزم­ تشکیل پیوندsp3 متاثر از انرژی پرتو یون توسط فرایند لایه ­نشانی پرتو یونی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، جهت لایه­ نشانی پوشش ­ها، پارامتر انرژی پرتو یون در مقادیر 200، 300 و eV 400 در نظر گرفته شد. سپس جهت ارزیابی ساختار و ترکیب شیمیایی پوشش ­های ایجاد شده، از آنالیزهای طیف­ سنجی رامان و فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS) استفاده شد. همچنین جهت تاثیر انرژی پرتو یون بر زبری سطح و ضخامت پوشش­ های اعمالی، از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده گردید. سختی و مدول الاستیک توسط آزمون نانوسختی­ سنجی اندازه­ گیری شد. مطابق نتایج آنالیز رامان، کم ترین مقدار نسبت ID/IG در انرژی پرتو یون eV300 بدست آمد که برابر با 0/66 بود. نتایج حاصل از آنالیز XPS گویای کم ترین مقدار پیوندهای sp2 در لایه کربن شبه الماس در انرژی پرتو یونیeV300 بود. همچنین نتایج آنالیز AFM، نشان داد که در انرژی پرتو یون eV300، زبری سطح پوشش کربن شبه الماس، کم ترین مقدار را دارا است. با توجه به بیش ترین مقدار پیوندهای sp3 در انرژی پرتو یونی eV 300، پوشش کربن شبه الماس دارای بیش ترین سختی و برابر با GPa 10/6 بود.

1در این پژوهش، کامپوزیت های زمینه زیرکونیای پایدار شده توسط ایتریا با 7 و 14 درصد وزنی اکسید نیکل بوسیله فرآیند سینتر پلاسمای جرقه ای تهیه شدند. بررسی تغییرات فازی توسط الگوی پراش پرتو ایکس نشان داد پیک غالب اکسید زیرکونیای پایدار شده با ایتریا (YSZ)، ساختار تتراگونال به همراه پیک هایی با شدت بسیار کم از فاز مونوکلینیک YSZ است و همچنین افزودن اکسید نیکل برای نمونه های کامپوزیتی منجر به ایجاد فاز فلزی نیکل شده است. تصاویر میکروسکوپ الکترونی تهیه شده از سطح پرداخت شده نمونه ها بیانگر توزیع نسبتا مناسب فاز نیکل در فاز زمینه بود. بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها نشان داد که بیشینه چقرمگی شکست (0/19 ± 14/21 مگاپاسکال مجذور متر) ، چگالی نسبی (99/81 درصد چگالی تئوری)، استحکام خمشی (665 مگاپاسکال) متلعق به کامپوزیت حاوی 14 درصد وزنی اکسید نیکل است. اما در خصوص سختی ویکرز نمونه ها، افزایش اکسید نیکل در کامپوزیت ها، منجر به کاهش سختی نمونه به واسطه تشکیل فاز نیکل فلزی شده است.

1ایجاد پوشش گرافن دوپ شده با نیتروژن معمولا در دو یا سه مرحله زمانبر سنتز گرافن، دوپ نیتروژن و رسوب آن بر زیرلایه انجام می شود. در این پژوهش، با استفاده از فرایند پلاسمای الکترولیتی کاتدی، در یک مرحله، نانوورق های گرافن توربواستراتیک کم لایه دوپ شده با نیتروژن، سنتز شده و بر سطح زیرلایه نیکل رسوب داده شد. افزودن اوره به عنوان پیش ماده نیتروژنی به الکترولیت حاوی اتانول منجر به دوپ نیتروژن در ساختار گرافنی هم زمان با تشکیل آن در فرایند پلاسمای الکترولیتی می شود. این فرایند در اتمسفر محیط، تحت ولتاژ 800 ولت و در زمان بسیار کوتاه یک دقیقه انجام شد. طیف سنجی انتشار نوری تخلیه جرقه حضور نیتروژن در پوشش را نشان داد. همچنین بررسی شدت و موقعیت باند D2 در طیف رامان حضور نانوورق های چندلایه گرافنی را تایید کرد. افزایش cm-1 9 در مکان باند G در طیف رامان با افزودن اوره به الکترولیت، غلظت بیش از 1/4 درصدی نیتروژن در پوشش را تایید کرد. بنابراین روش پلاسمای الکترولیتی کاتدی می تواند فرایند یک مرحله ای و ساده برای ایجاد پوشش نانوورق های کم لایه گرافن دوپ شده با نیتروژن باشد.