فهرست مطالب

مواد نوین - سال نهم شماره 2 (پیاپی 34، زمستان 1397)

مجله مواد نوین
سال نهم شماره 2 (پیاپی 34، زمستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/12/04
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محمدرضا مسجدی *، بابک هاشمی صفحات 1-16
    شیشه زیستی 45S5 به روش واکنش در حالت جامد با استفاده از شیشه سودالایم، کلسیم کربنات، سدیم کربنات و فسفر پنتااکسید سنتز شد. ترکیب شیشه سودالایم توسط آنالیز عنصری فلئورسانس پرتوی ایکس(XRF) تعیین شد و مقادیر مورد نیاز از سایر مواد اولیه برای رسیدن به ترکیب شیشه زیستی 45S5 محاسبه و به آن اضافه گردید. مخلوط پودرها به دو شکل پودر و قرص تهیه شده و تحت شرایط عملیات حرارتی مختلف (oC800 تا oC1000) قرار گرفت تا شیشه-سرامیک مطلوب به دست آید. با استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD) و آنالیز حرارتی افتراقی (DTA) خواص فازی و حرارتی نمونه ها بررسی شد. دمای تبلور شیشه سنتز شده oC690 تعیین شد. فازهای بلورین Ca2Na2Si3O9 و CaNaPO4 در تمام نمونه ها مشاهده شد. نمونه ها در محلول مشابه بدن (SBF) قرار گرفته و زیست فعالی آن ها به روش برون تنی (in vitro) با ارزیابی الگوهای پراش اشعه ایکس (XRD) و تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. زیست فعالی نمونه ها با توجه به شناسایی لایه هیدروکسی آپاتیت تشکیل شده بر روی سطوح آن ها تایید گردید. نتایج نشان داد که دمای عملیات حرارتی نسبت به زمان آن تاثیر بیشتری بر تشکیل شدن فازهای بلورینه دارد و نمونه ی پودری ای که تحت شرایط عملیات حرارتی در دمای oC1000 و مدت زمان 8 ساعت قرار گرفته، خواص زیست فعالی بهتری نسبت به نمونه هایی که در دمای پایین تر عملیات حرارتی شده اند دارند.
    کلیدواژگان: بیومواد، شیشه-سرامیک زیستی 45S5، شیشه سودالایم، واکنش در حالت جامد، زیست فعالی
  • سمیه امیری، محمدحسین پایدار * صفحات 17-30
    در تحقیق حاضر، اثر روش ساخت بر استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی الکترولیت کامپوزیتیBaCe0.7Zr0.1Y0.2O3-δ (BCZY7)-(Li/Na)2CO3 با قابلیت هدایت یون پروتون مورد بررسی قرار گرفته است. الکترولیت کامپوزیتی فوق الذکر به روش مخلوط سازی پودرهای کربنات و ترکیب BCZY7 حاصل از واکنش در حالت جامد و سپس انجام عملیات شکل دهی– تف جوشی و همچنین به روش غوطه وری قطعه متخلخل BCZY7 در مذاب فاز کربنات، تهیه و خصوصیات مکانیکی، الکتریکی و پایداری شیمیایی آن ها مورد مطالعه قرار گرفت. در این رابطه، به منظور تولید قرص های BCZY7 متخلخل جهت استفاده در روش غوطه وری، از پودر نشاسته برای تولید حفرات استفاده شد. برخی از تکنیک های استفاده شده در این تحقیق جهت آنالیز ترکیبات سنتز شده و الکترولیت های تولیدی شامل مواردی چون XRD و SEM می باشد. استحکام مکانیکی قطعات تولیدی از الکترولیت های کامپوزیتی با استفاده از روش رینگ بر روی رینگ و اندازه گیری هدایت الکتریکی با استفاده از روش آنالیز امپدانس بصورت تابعی از دما، انجام شد. نتایج حاصل از این آزمایش ها نشان دادند که علیرغم توزیع یکنواخت تر فاز کربنات در بین ذرات BCZY7 در الکترولیت کامپوزیتی ساخته شده به روش مخلوط سازی مکانیکی، استحکام آن ها نسبت به نمونه های تولید شده به روش غوطه وری کمتر است. دلیل این مسئله می تواند ناشی از دمای پخت نسبتا پایین این نمونه ها و در نتیجه عدم ایجاد اتصال مستحکم بین ذرات دیر گداز BCZY7 باشد. با این وجود، توزیع یکنواخت فاز کربنات در بین ذرات سرامیکی BCZY7 و وجود تخلخل های کمتر در الکترولیت ساخته شده به روش مخلوط سازی مکانیکی، آن را از نظر پایداری شیمیایی در مقابل نفوذ گاز CO2 مقاوم تر ساخته است. نتایج بدست آمده از آنالیز امپدانس، نشان دادند که کامپوزیت تهیه شده به روش مخلوط سازی و تف جوشی نسبت به نمونه ی تهیه شده به روش غوطه وری در مذاب در محدوده دمایی °C700-500 دارای هدایت یونی بالاتری می باشد. هدایت یونی این کامپوزیت، حاوی 54 درصد حجمی فاز کربنات، در دمای °C700 در اتمسفر محیط معادل s.cm-1635/0 تعیین شد.
    کلیدواژگان: الکترولیت کامپوزیتی، استحکام مکانیکی، غوطه وری در مذاب، پیل سوختی اکسید جامد
  • نیلوفر غنی کله لو، نادر ستوده *، عباس محصل صفحات 31-44
    مخلوط های سولفیدروی-آلومینیم (ZnS-Al) با نسبت های استوکیومتری متفاوت تهیه شدند. سپس عملیات آسیاکاری نمونه ها توسط آسیای سیاره ای در زمانهای گوناگون انجام شد. نتایج نشان داد واکنش احیاآلومینوترمی سولفیدروی در شرایط آسیاکاری به تدریج پیش می رود و حتی پس از 10 ساعت نیز واکنش احیا کامل نمی شود. نشانه هایی از رخداد واکنش خود پیش روند مکانیکی (MSR) در مخلوط های سولفیدروی-آلومینیم در شرایط آسیاکاری دیده نشد. آزمونهای گرمایش همدما برای نمونه های سه ساعت آسیاکاری مخلوط های سولفیدروی-آلومینیم در اتمسفر آرگن به مدت یک ساعت انجام شد. نتایج آنالیزهای پراش اشعه ایکس آزمونهای گرمایش همدما نشان داد محصول غالب در این سیستم، فاز سولفیدآلومینیم روی (ZnAl2S4) با ساختار هگزاگونال است. این فاز اسپینل در آزمونهای گرمایش همدما برای مخلوط های سولفیدروی-آلومینیم سه ساعت آسیاکاری شده با نسبت مولی4:2ZnS:Al = به خوبی متبلور شد. اما نشانه های روشنی از فاز سولفیدآلومینیم در آنالیز اشعه ایکس مخلوط 3:2ZnS:Al= دیده نشد. بر اساس محاسبات ترمودینامیکی نرم افزارHSC و نمودار فازی سیستم ZnS-Al2S3، شرایط تشکیل فازهای محصول برای مخلوط (ZnS-Al) تشریح شد. نتایج نشان داد افزودن مقدار آلومینیم بیش از مقدار استوکیومتری تاثیر منفی در متبلور شدن فاز اسپینل ZnAl2S4 دارد. در نهایت، نتایج آزمونهای گرمایش همدما نشان داد نسبت Al/Zn و نسبت مولی سولفیدروی-آلومینیم در مخلوط اولیه اثر قابل توجهی در تشکیل فاز سولفید آلومینیم روی (ZnAl2S4) دارد.
    کلیدواژگان: آسیاکاری مکانیکی، اسفالریت، سولفیدآلومینیم روی، ورتزیت، واکنش های MSR
  • احسان بهادری یکتا *، امیر حسین تقوایی، شهریار شرفی صفحات 45-60
    در سال های اخیر، آلیاژهای آمورف پایه آهن به دلیل خواص مغناطیسی عالی درکنار هزینه نسبتا پایین گسترش زیادی یافته اند. در این تحقیق، تاثیر افزودن عامل کنترل کننده (PCA) بر میکروساختار و خواص مغناطیسی آلیاژ آمورف پایه آهن Fe75Ta5Si10C10 تولید شده به روش آلیاژسازی مکانیکی بررسی شد. نتایج حاصل از پراش پرتو ایکس نشان داد که تنها با افزودن 2% عامل کنترل کننده به آلیاژ فوق فاز آمورف تشکیل می شود، درحالیکه بدون افزودن عامل کنترل کننده هیچ هاله آمورفی مشاهده نشد. همچنین با افزایش زمان آسیاکاری تا مراحل پایانی (120 ساعت)، درصد وزنی فاز آمورف افزایش یافت و در نهایت به مقدار 94% رسید. تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری گرفته شده از نمونه 120 ساعت آسیاکاری شده تشکیل فاز آمورف را تائید کرد. نتایج نشان داد اندازه بلورک ها و کرنش شبکه پس از 50 ساعت آسیاکاری به ترتیب به10 نانومتر و 44/1% برای نمونه با PCA و 15 نانومتر و 37/1% برای نمونه بدون PCA رسید. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ریزتر شدن ذرات پودر در اثر افزودن PCA را تائید کرد. با افزودن PCA به دلیل وجود عناصر غیرمغناطیسی بیشتر، مقدار مغناطش اشباع کمتری نسبت به حالت بدون PCA به دست آمد. به علاوه، به دلیل وجود ناهمسانگردی بلوری کم و تشکیل فاز آمورف در اثر افزودن PCA، میدان پسماندزدای مغناطیسی کمتری حاصل و در نتیجه خواص مغناطیسی نرم بهبود یافت. بنابراین نتایج کلی این پژوهش، بهبود قابلیت شیشه ای شدن و خواص مغناطیسی نرم در اثر افزودن PCA می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژهای آمورف پایه آهن، آلیاژسازی مکانیکی، خواص مغناطیسی
  • معصومه عمادی *، بیژن هنرور، رضا زارعی نژاد صفحات 61-76
    نانوذرات موادی امیدبخش با کاربرد های مختلف هستند که اصلاح سطح آن ها یک تکنیک مهم برای توسعه ی این کارآیی ها می باشد. در این پژوهش یک نانوساختار جدید طی چهار مرحله سنتز شد که می تواند به منظور حذف آلاینده ها از پساب مورد استفاده قرار گیرد. نخست نانوذرات اکسید گرافن (GO) به روش هامر اصلاح شده سنتز و سپس با ترسیب هم زمان یون های فروس و فریک در یک محیط بازی بر سطح نانوذرات، اکسید گرافن ، مغناطیسی گردید. پس از آن نانوذرات اکسید گرافن مغناطیسی (m-GO) با پلیمرهای ساکاریدی چیتوزان، با اتصال کووالانسی پوشش داده شدند. سپس نانوذرات اکسید گرافن مغناطیسی پوشش داده شده با چیتوزان (m-GO@Chi)، با روش اتصال عرضی به ترکیب بازشیف سیستئین-گلوتارآلدهید (CG) متصل شده و سطح آن با اسیدآمینه ی گوگرددار سیستئین اصلاح شد (m-GO@Chi-Cys). بعد از آن فرآیند اصلاح سطح نانوذرات با استفاده از آنالیزهای شناسایی، بررسی شد. نتایج طیف سنجی FT-IR حاکی از آن بود که اصلاح سطح در هر مرحله موفقیت آمیز بوده و حضور گروه های عاملی اپوکسید، کربونیل، آمینو و تیول در سطح نانوذرات تایید شد. مطابق تصاویر FESEM، ذرات GO سنتز شده دو بعدی و با ضخامت میانگین 165-29 نانومتر بودند و پس از مغناطیسی شدن، نانوذرات اکسید آهن با اندازه ی میانگین 50-35 نانومتر در سطح GO مشاهده شد. جهت بررسی خواص مغناطیسی نانوذرات از آنالیز VSM استفاده شد. عدم وجود پسماند در نمودار مغناطیسی شدن نانوذرات و کاهش قابل اغماض در مغناطش اشباع نانوذرات m-GO@Chi-Cys در مقایسه با m-GO را نشان داد که به دلیل حضور لایه ی نازک چیتوزان بر روی ذرات اولیه است.
    کلیدواژگان: نانوذرات اصلاح شده، سوپرپارامغناطیس، اکسید گرافن، مگنتیت، سیستئین
  • حامد اسکندری *، منصور فرزام، امید عباسی لرکی صفحات 77-92
    در این پژوهش فولاد GS-45CrNiMo4-2 بعنوان یکی از فولادهای ابزار کم آلیاژ ریختگی بهسازی شده مورد استفاده در چرخ های جرثقیل و دیگر قطعات مهندسی، تحت سیکلهای مختلف عملیات حرارتی کوئنچ- تمپر قرار گرفت. بررسی های ساختاری، آزمونهای مکانیکی (کشش و ضربه) و سطوح شکست آزمون کشش نمونه های کوئنچ شده در محیط های خنک کننده روغن C°100 و C°200 و دمای تمپر C°500-250 با دمای آستنیت C°800 صورت پذیرفت. سختی، استحکام و انرژی ضربه نمونه مرجع به ترتیب HRC20 ، MPa 724 و J20 می باشد. نتایج نشان می دهد با انجام سیکل های عملیات حرارتی فوق مقادیر سختی در روغن C°100 و C°200 به ترتیب HRC50 و 55 و استحکام و انرژی ضربه برای هر دو محیط تقریبا MPa 1730 و J 7 می باشد. به کارگیری دمای تمپر از C°250 تا C°500 افت سختی، استحکام و افزایش انعطاف پذیری و انرژی ضربه تا J 40 به وجود خواهد آورد. از طرفی در محیط خنک کننده روغن C°200 سختی ثانویه به دلیل وجود آستنیت باقی مانده بیشتر، در دمای تمپر C°350 رخ داده است. در دمای تمپر C°250 ترکیب خوبی از انعطاف پذیری و انرژی ضربه را شاهد نبوده و شکست در این دما کلیواژ می باشد. در دماهای تمپر بالای C°500 شکست از نوع نرم می باشد و در دماهای تمپر بین C°250-350 شکست از نوع شبه کلیواژ (ترد+نرم) می باشد.
    کلیدواژگان: فولاد GS-45CrNiMo4-2، عملیات حرارتی، خواص مکانیکی، سطح شکست، انرژی ضربه
  • زهرا دشتی، عبدالرضا گرانمایه * صفحات 93-110
    در مقاله حاضر رفتار خزشی دو آلیاژ Mg-2Mn-1Ca (MX21) و Mg-2Mn-1RE (ME21) در شرایط اکسترود شده مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های ریز ساختاری این دو آلیاژ با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراش پرتو ایکس (XRD) انجام و فازهای تشکیل شده مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج بررسی ها نشان دادند که افزودن عناصر خاکی نادر با تشکیل فازهای پایدار در برابر حرارت Mg17RE2و Mg12RE از یک سو، و افزودن کلسیم با تشکیل فاز پایدار در برابر حرارتMg2Ca از سوی دیگر، ضمن ریز کردن ساختار، سبب بهبود خواص مکانیکی این دو آلیاژ شدند. جهت بررسی رفتار خزشی این آلیاژها از آزمون خزش فروروندگی در محدوده دمایی K 498-423 استفاده شد. در هر دو آلیاژ، در محدوده تنشهای پایین و بالا، رفتار متفاوتی از آلیاژ مشاهده شد. در ناحیه تنشهای پایین، توان تنشی بین 6-4 و انرژی فعالسازی نزدیک به انرژی فعالسازی نفوذ از طریق هسته نابجایی های منیزیم (Qpd = 95 kJ/mol)، مکانیزم خزش را صعود نابجایی ها، کنترل شده از طریق نفوذ از هسته نابجایی ها معرفی می نماید. در ناحیه تنشی بالا، توان تنشی بین 14-10 و انرژی فعالسازی نزدیک به انرژی فعالسازی نفوذ در خود منیزیم (Qld = 135 kJ/mol)، مکانیزم غالب را، خزش نابجایی ها پیش بینی می کند. نتایج آزمون ها از بهبود رفتار خزشی آلیاژ ME21نسبت به آلیاژ MX21 حکایت دارند.
    کلیدواژگان: آلیاژهای Mg-Mn، خزش فروروندگی با استوانه مسطح، توان تنش، انرژی فعالسازی
  • مهران تدین سعیدی* ، بابک قربانیان صفحات 111-120
    یکی از مهمترین روش های سختکاری فولادهای ابزار استفاده از پوشش های کاربیدی است که در طی این فرآیند اتم وانادیم در دمای بالا به سطح نمونه نفوذ کرده و با کربن موجود در فولاد واکنش می دهد و کاربید وانادیم با سختی بالا را ایجاد می کند. یکی از روش های نوین ایجاد پوشش، پلاسمای الکترولیتی می باشد. در تحقیق حاضر تلاش می شود تا به کمک روش پلاسمای الکترولیتی پوششی از جنس کاربید وانادیم در سطح نمونه ایجاد و در مرحله بعدی پارامترهای موثر در ضخامت و سختی این پوشش را بهینه نمود. در همین راستا از روش طراحی آزمایش RMS در جهت بهینه سازی پوشش استفاده شد. الکترولیت تحقیق از موادی چون اکسید وانادیم، اسید کلریدریک و NaOH تشکیل شده است. که NaOH به عنوان افزایش دهنده هدایت به عنوان یک پارامتر مهم به شمار می رود. علاوه بر NaOH اختلاف ولتاژ و زمان پوشش دهی نیز از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار بر ضخامت و سختی پوشش است که در این تحقیق به عنوان متغیر های مستقل به شمار می روند. از متغیر های وابسته تحقیق نیز می توان به ضخامت و سختی اشاره کرد. نتایج تحقیق نشان میدهد که حالت بهینه نمونه کاربید وانادیم ایجاد شده به روش پلاسمای الکترولیتی داری اختلاف ولتاژ 100 ولت، مقدار NaOH در حدود 50 گرم بر لیتر و مدت زمان 65/6 دقیقه می باشد. نمونه بهینه دارای سختی در حدود 1250 ویکرز و ضخامتی در حدود5/29 میکرون است.
    کلیدواژگان: وانادیم کاربید، طراحی آزمایش RMS، پلاسمای الکترولیتی، سختی
  • حمانه زارع نژاد *، محمد حلالی، مسعود عسکری صفحات 121-132
    تقاضای انرژی در جهان به دلیل رشد جمعیت، پیشرفت صنعتی و استفاده زیاد از دستگاه های الکتریکی مدرن روز به روز در حال افزایش است. بنابراین، پیداکردن یک منبع انرژی قابل اطمینان، مقرون به صرفه و تجدیدپذیر برای آینده مورد نیاز است. در سال های گذشته، سلول خورشیدی نقش مهمی را در رقابت انرژی جهانی و محیطی به عنوان یک منبع پاک و پایدار داشته است. در میان انواع سلول های خورشیدی، سلول های خورشیدی پروسکایتی به عنوان سوپراستار صنعت فتوولتائیک در سال های اخیر پدیدار شده اند. در تمام انواع مختلف سلول های خورشیدی پروسکایتی، مورفولوژی و پوشش دهی لایه پروسکایت نقش مهمی را در کارایی فتوولتائیکی سلول خورشیدی ایفا می کند. با بهبود پوشش دهی لایه پروسکایت و دستیابی به لایه پروسکایت متراکم و کاهش میزان حفرات، جریان الکتریکی ناشی از نور خورشید افزایش می یابد و باعث بالارفتن بازده تبدیل توان (PCE) می گردد. در این تحقیق به منظورافزایش بازده به کمک بهبود پوشش دهی لایه پروسکایت، کلر به ساختار متداول پروسکایتی CH3NH3PbI3 به دو روش پوشش دهی چرخشی یک مرحله ای و دو مرحله ای پوشش دهی چرخشی-غوطه وری اضافه شده است. آزمایشات XRD، FE-SEM و اندازه گیری جریان مدار کوتاه و ولتاژ مدار باز با دستگاه شبیه ساز سلول خورشیدی به منظور مشخصه یابی، تعیین بازده سلول و مقایسه سلول ها انجام شد.با اضافه شدن کلر، در روش یک مرحله ای بازده تبدیل توان از 3.87% به 6.76% و در روش دو مرحله ای بازده تبدیل توان از 7.84% به 10.27% افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: سلول خورشیدی پروسکایتی، مورفولوژی، پوشش دهی چرخشی، کلر، بازده
  • فاطمه محمدی نژاد، مهدی شهیدی زندی *، سیدمحمدعلی حسینی، محمد جواد بهرامی صفحات 133-146
    در این پژوهش اثر بازدارندگی قرص متورال بر خوردگی فولاد نرم در محیط فسفریک اسید 5/0مولار به روش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و تصویر برداری میکروسکوپ الکترونی رویشی بررسی شده است. بیشترین بازده بازدارندگی این دارو مربوط به غلظت ppm300 آن می باشد. با افزایش دما بازده بازدارنده گی به طور محسوسی کاهش می یابد. نتایج امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که با افزایش غلطت بازدارنده، مقاومت انتقال بار افزایش و ظرفیت لایه دوگانه کاهش می یابد. اندازه گیری های حاصل از پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان داد که بازدارنده از نوع مختلط بوده و با افزایش غلظت بازدارنده چگالی جریان خوردگی کاهش می یابد. نتایج حاصل از روش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و امپدانس الکتروشیمیایی در توافق با هم می باشند. بررسی هم دماهای جدب سطحی متفاوت نشان داد که جذب بازدارنده بر روی سطح آلیاژ از هم دمای جذب لانگمویر پیروی می کند. بررسی پارامترهای ترمودینامیکی نشان داد که پدیده ی جذب فرآیندی گرماده، خودبه خودی و همراه با کاهش آنتروپی می باشد. با افزایش دما بازده بازدارنده گی به طور محسوسی کاهش می یابد. نتایج امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد که با افزایش غلطت بازدارنده، مقاومت انتقال بار افزایش و ظرفیت لایه دوگانه کاهش می یابد. اندازه گیری های حاصل از پلاریزاسیون پتانسیودینامیک نشان داد که بازدارنده از نوع مختلط بوده و با افزایش غلظت بازدارنده چگالی جریان خوردگی کاهش می یابد. نتایج حاصل از روش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و امپدانس الکتروشیمیایی در توافق با هم می باشند. بررسی هم دماهای جدب سطحی متفاوت نشان داد که جذب بازدارنده بر روی سطح آلیاژ از هم دمای جذب لانگمویر پیروی می کند. بررسی پارامترهای ترمودینامیکی نشان داد که پدیده ی جذب فرآیندی گرماده، خودبه خودی و همراه با کاهش آنتروپی می باشد.
    کلیدواژگان: طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک، فسفریک اسید، فولاد نرم، متورال
  • حسن کوهستانی * صفحات 147-154
    در این مقاله، تولید هیدروژن همزمان با حذف آلاینده های آلی (متیل نارنجی و یون سیانید) از پساب صنعتی و توسط فتوکاتالیست TiO2-10%ZrO2 با موفقیت انجام شد. این تحقیق جهت نیل به دو هدف تولید هیدروژن بعنوان یک سوخت تجدیدپذیر و پارک و نیز حذف آلاینده های موجود در پساب های صنعتی صورت گرفته است. با توجه به اینکه این کامپوزیت در مقاله قبلی سنتز شده است، تاکید اصلی بررسی اثر متغیرهای عملیاتی مانند غلظت آلاینده، pH محلول و زمان تابش می باشد. نتایج نشان داد که فعالیت فتوکاتالیستی کامپوزیت TiO2-10%ZrO2 با افزایش pH کاهش می یابد و کاربرد آن به pHهای اسیدی محدود می شود. غلظت آلاینده ها اثر مهمی بر نرخ تولید هیدروژن داشته است به گونه ای که اثر این عامل بر نرخ تولید هیدروژن با مدل سینتیکی لانگمیر-هنشلوود همخوانی دارد. در واقع بهبود فعالیت فتوکاتالیستی در تولید هیدروین می تواند به کاهش بازترکیب الکترون-حفره از طریق مصرف حفره توسط آلاینده توجیه شود. از این طریق به راحتی الکترون برای احیای هیدروژن قرار خواهد گرفت. به همین دلیل در ابتدای زمان تابش، نرخ تولید هیدروژن بالا بوده و با کاهش غلظت آلاینده نرخ تولید هیدروژن کاهش می یابد. در ضمن نتایج نشان داد که در شرایط آزمایشگاهی خاصی، بهبود چشمگیری در نرخ تولید هیدروژن توسط TiO2-10%ZrO2 همزمان با حذف متیل نارنجی و یون سیانید ایجاد می شود.
    کلیدواژگان: تولید هیدروژن، یون سیانید، پساب صنعتی، TiO2-ZrO2، حذف همزمان
  • مریم ناصری پور، آزاده اعظمی*، احمد حسن پور صفحات 155-164
    نانوساختارهای هسته-پوسته مگنتیت-اکسیدمس جهت کاربرد در فرایند تخریب فوتوکاتالیستی رنگدانه های شیمیایی با استفاده از روش های ساده شیمیایی رشد داده شدند. خواص ساختاری، مغناطیسی و نوری محصولات بدست آمده بترتیب با استفاده از مشخصه یابی های الگوی پراش، میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری، حلقه پسماند، طیف جذبی و نورتابناکی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. الگوهای پراش تشکیل فازهای چندبلوری مگنتیت (مکعبی) و اکسیدمس (مونوکلینیک) را تایید کرده و تصاویر میکروسکوپ الکترونی تشکیل ساختارهایی در ابعاد نانو را با ریخت های کره و تسمه (کمربند) نشان نشان دادند. مطالعات مغناطیسی که توسط آنالیز حلقه پسماند صورت گرفت نشان دهنده کاهش خاصت مغناطیسی نانوساختارهای هسته-پوسته می باشد که علت آن را می توان ضعیف بودن خاصیت مغناطیسی اکسیدمس دانست. بررسی خواص نوری نانوساختارهای هسته-پوسته نیز حاکی از وجود لبه جذب آنها در ناحیه مرئی می باشد، که آنها را برای جذب نور خورشید و شرکت در فعالیت تخریب فوتوکاتالیستی مناسب می سازد. نمودار تائوک که جهت تخمین انرژی شکاف باند نوری آنها رسم شده بود نشان داد که ساختارهای هسته-پوسته دارای انرژی شکاف باند نوری بزرگتری نسبت به ساختارهای پوسته می باشند. طیف نورتابناکی نانوساختارهای هسته-پوسته نیز گسیل های نوری در نواحی مرئی و فرابنفش از طیف امواج الکترومغناطیسی را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: نانوساختارهای هسته-پوسته، مگنتیت، اکسیدمس، تخریب فوتوکاتالیستی، خواص مغناطیسی و نوری
|
  • Mohamadreza Masjedi *, Babak Hashemi Pages 1-16
    45S5 bioglass was synthesized by solid state reaction method using sodalime glass, calcium carbonate, sodium carbonate and phosphor pentoxide. XRF analysis was used to determine the glass composition, and Based on its results, the required amounts of other precursors were calculated and added to sodalime glass powder in order to obtain 45S5 composition. After that samples in the forms of powder and pellet were heat treated at different temperatures (800-1000ºC). DTA and XRD analysis were done to investigate thermal and phase properties of the samples. Crystallization temperature was determined to be 690ºC. Ca2Na2Si3O9 and CaNaPO4 crystalline phases were detected in all the samples. In-vitro bioactivity of samples was investigated by immersion of samples in SBF solution and further study of them by XRD and SEM analysis. Bioactivity of the samples was proved by determining HA layer formation on their surfaces. Results showed that Heat treatment temperature had more significant effect on the formation of crystalline phases than its time. Bioactivity of the sample heat treated at 1000ºC for 8hr was better than other samples heat treated at lower temperatures.
    Keywords: Biomaterials, 45S5 Bioactive Glass-Ceramic, Sodalime Glass, Solid State Reaction, Bioactivity
  • MohamadHossein Paydar *, Somaye Amiri Pages 17-30
    In the present work, the effect of fabrication method on mechanical strength, chemical stability of BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3-δ (BCZY7)-(Li/Na)2CO3 composite electrolyte with proton conductivity, is studied. The composite electrolytes were fabricated by mixing carbonate and BCZY7 powders, synthesized in a solid state reaction, and shaping plus sintering. They also were fabricated by floating a porous BCZY7 scaffold in a molten of carbonate phase. To produce BCZY7 porous scaffold, starch powder was use as pore former. After preparing the composite electrolytes by the two mentioned methods, their mechanical, electrical and chemical stability were investigated. Analytical methods used in this study were included XRD and SEM. Mechanical strength of the fabricated composite electrolytes were determined by using ring on ring method and measuring electrical conductivity as a function of temperature were carried out by using an impedance analyzer. Results proved that, although distribution of carbonate phase in the composites fabricated by mechanical mixing is more uniform than that of the composites fabricated by infiltration process, but their mechanical strength is lower. The results also showed that chemical stability of the composite fabricated by mechanical mixing is higher, which can be due to its lower remained porosities and better distributed of carbonate phase in these composites. The results by impedance analysis and showed that electrical conductivity of the composites fabricated by mechanical mixing and sintering, in the temperature range of 500 to 700 oC is higher. Ionic conductivity of these composites, including 54 vol.% carbonate phase, at 700 oC in air determined as 0.635 s.cm-1.
    Keywords: Composite electrolyte, Mechanical strength, Infiltration, Solid oxide fuel cell
  • Nilofar Ghani Kolahloo, Nader Setoudeh *, Abbas Mohassel Pages 31-44
    Mixtures of zinc sulfide and aluminum (ZnS-Al) with different stoichiometric molar ratios were prepared. Then the mixtures were milled in a planetary ball mill with different times. The results indicated that aluminothermic reduction of zinc sulfide progress gradually during ball milling and the reaction does not complete after 10 hours milling. The traces of mechanically induced self - sustaining reaction (MSR) did not observe in the zinc sulfide-aluminum mixtures induced ball milling. The 3 hours milled mixtures of ZnS-Al were heated isothermally under flow of argon atmosphere for one hour. The XRD analysis of the isothermal heated samples indicated that hexagonal zinc aluminum sulfide, (ZnAl2S4), is the major product. The spinel phase (ZnAl2S4) was well crystallized after isothermal heating of 3 hours milled sample in the zinc sulfide-aluminum mixtures with molar ratio of 4:2. However, no traces of aluminum sulfide phase observed in the XRD patterns of milled mixture ZnS-Al with molar ratio of 3:2. The possibility formation of product phases was explained using HSC software of thermodynamic assessments and phase diagram of ZnS-Al2S3 system. The results showed that addition of aluminum more than of stoichiometric ratio has negative effect on the crystallization of ZnAl2S4 spinel phase. Finally, the results of isothermal heated samples showed that Al/Zn ratio and molar ratio of zinc sulfide-aluminum in the initial mixtures have significant effect on the formation of zinc aluminum sulfide (ZnAl2S4) phase.
    Keywords: Mechanical milling, MSR reactions, Sphalerite, Wurtzite, Zinc aluminum sulfide
  • ehsan bahadori yekta *, Amir Hossein Taghvaei, shahriyar sharafi Pages 45-60
    Nowadays, Fe-based amorphous/nanocrystalline alloys have been greatly developed due to the excellent magnetic properties, as well as their relatively low cost. In this study, the effect of process control agent (PCA) addition on the microstructure and magnetic properties of Fe75Ta5Si10C10 alloy produced by mechanical alloying was investigated. The X-ray diffraction (XRD) results showed that the addition of 2 wt. % PCA notably increases the glass forming ability (GFA) in the present alloying system and the percentage of the amorphous phase eventually reaches a value of 94 wt.% after 120 h milling. The amorphization reaction upon addition of the PCA was further confirmed by the transmission electron microscopy (TEM) analyzes. The crystallite size and lattice strain after 50 h milling were calculated as 10 nm and 1.44% after PCA addition, and 15 nm and 1.37% before that, respectively. The scanning electron microscopy (SEM) results confirmed that the powder prepared with the PCA exhibits finer particles with a more spherical shape. Magnetic measurements demonstrated that that both saturation magnetization and coercivity decrease and the soft magnetic behavior is improved with the PCA addition. Therefore, overall results in this study contain improvement of glass forming ability and soft magnetic properties with the PCA addition.
    Keywords: Fe-based amorphous alloys, mechanical alloying, magnetic properties
  • Masoomeh Emadi *, bizhan honarvar, Reza Zareinezhad Pages 61-76
    Nanoparticles are promising materials with a variety of applications, whose surface modification is an important technique for developing these applications. In this study, a new nanostructure was synthesized in four steps that can be used to remove pollutants from wastewater. Firstly, the graphene oxide nanoparticles (GO) were synthesized by the modified Hummer method, and then by simultaneous precipitation of ferrous and ferric ions in based atmosphere on the surface of GO, graphene oxide was magnetized. Subsequently, magnetic nanoparticles of graphene oxide (m-GO) coated by chitosan saccharide polymer with covalent bonding. The magnetic graphene oxide nanoparticles coated with chitosan (m-GO@Chi) were bonded to the cysteine-glutaraldehyde schiff’s base (CG) with cross-linking method and their surface modified with cysteine (m-GO@Chi-Cys). After that, the nanoparticle surface correction process was investigated by using og identification analyzes. The results of the FT-IR spectroscopy indicated that surface modification was successful at each stage and the presence of epoxide, carbonyl, amino, and thiol functional groups at the nanoparticles level was confirmed. According to FESEM images, GO particles were synthesized in two dimensional and average thicknesses of 29-165nm and after magnetization, iron oxide nanoparticles with a mean size of 35-50nm were observed at the GO level. VSM analysis was used to study the magnetic properties of nanoparticles. The absence of residues in the nanosize magneticization curve and the negligible reduction in the saturation magnetization of m-GO@Chi-Cys nanoparticles, as compared to m-GO, is due to the presence of thin layer of chitosan on the primary particles.
    Keywords: Modified nanoparticles, Superparamagnetism, Graphene oxide, Magnetite, Cysteine
  • Hamed Eskandari *, Mansoor Farzam, Omid Abbasi Larki Pages 77-92
    In this study, was exposed to various Quench-Temper heat treatment cycles. Structural analyzes, mechanical tests (tension and impact) as well as analyzing the fracture surfaces of tension tests for models exposed to quenching environments (100 ͦ C and 200 ͦ C) and tempering (250 ͦ C-500 ͦ C) with austenitic temperature of 800 ͦ C, were performed. The amounts of stiffness, tensile strength and impact energy of the original raw material were 20 HRC, 724MPa and 20J, respectively. Results showed that after the heat treatment cycles, the amounts of stiffness in oil 100 ͦ C and 200 ͦ C were 50 and 55 HRC respectively, and tensile strength and impact energy for both quenching environments were near 1730 MPa and 7 J. With tempering from 250 ͦ C to 500 ͦ C, stiffness and tensile strength were decreased, and ductility and impact energy were increased (up to 40J). Also, under the quenching environment of oil with temperature of 200 ͦ C, secondary stage stiffening occurred due to more remaining austenite at tempering process temperature of 350 ͦ C. Through the tempering process, A good combination of ductility and impact energy were not achieved at 250 ͦ C and the cleavage mode of fracture at this temperature was observed. At temperatures above 500 ͦ C, ductile fracture was observed and between 250 ͦ C and 350 ͦ C, the outcome was semi-cleavage (brittle + ductile) fracture.
    Keywords: GS45 CrNiMo 4-2 Steel, Heat Treatment, Mechanical Properties, Fracture Surfaces, Impact Energy
  • Zahra Dashti, Abdolreza Geranmayeh * Pages 93-110
    The creep behavior of the extruded Mg-2Mn-1Ca (MX21) and Mg-2Mn-1RE (ME21) magnesium alloys was investigated by impression testing under constant punching stress in the range 175 to 450 MPa and at temperatures in the range 423 to 498 K. Microstructural inspections with OM, SEM, EDS and XRD have proved that presence of thermally stable Mg17RE2 and Mg12RE phases in ME21 alloy and Mg2Ca phase in MX21 alloy are the main cause of enhancing the mechanical properties. For both alloys the creep behavior can be divided into two stress regimes. The stress exponents of 5 to 6 and 10 to 14 were obtained at low and high stresses, respectively. When the experimental creep rates were normalized to the pipe diffusion coefficient, however, the stress exponents of about 5-6 and 9.5-12 were obtained for the low- and high-stress regimes, respectively. The low-stress regime activation energies of about 87.1 to 92.7 kJ mol-1, which are close to 92 kJ mol-1 for dislocation-pipe diffusion in the Mg, and stress exponents in the range 4 to 6 suggest that the operative creep mechanism is dislocation climb. This behavior is in contrast to the high-stress regime, in which the stress exponents of 10 to 14 and activation energies of about 122 kJ mol-1 suggest that the operative creep mechanism is dislocation creep. The creep resistance of MX21 was only slightly lower than that of the ME21 alloy, which is attributed to formation of more thermally stable intermetallics in microstructure of ME21 alloy.
    Keywords: Mg-Mn alloy, Impression creep, Stress exponent, Activation energy
  • Mehran Tadayonsaidi *, Babak Ghorbanian Pages 111-120
    One of the new methods of coating coatings is the use of electrolytic plasma method. In the present study, we try to use an electrolytic plasma method of vanadium carbide coating on the surface of the specimen and, in the next step, optimize the effective parameters in making these coatings. In this regard, the RMS test method was used to optimize the coating. The electrolyte is composed of materials such as vanadium oxide, chloride, and NaOH. That NaOH is considered as a conductive enhancer as an important parameter. In addition to NaOH, the difference in voltage and cooking time are also the most important parameters affecting the coating properties, which in this study are considered as independent variables. The dependent variables of the research can also be indicated by thickness and hardness. The results of the study show that the optimum state of the vanadium carbide sample produced by the electrolytic plasma method is 100 V, the NaOH content is about 50 g / l and the duration is 6.65 minutes. The optimum specimen has a hardness of about 1250 Vickers and a thickness of about 29.5 microns.
    Keywords: Vanadium carbide, RMS test design, electrolytic plasma, hardness
  • Hamaneh Zarenezhad *, Mohammad Halali, Masoud Askari Pages 121-132
    Global energy crisis caused by the rapid growth in world population and industrial growth as well as the rapid development of the society and electricity-consuming devices increases day by day and may become a crisis. Among all renewable energies, solar energy is the most promising and easy access to the energy resource to solve the global energy crisis. Perovskite solar cells have been developed as a superior photovoltaic device owing to their high photovoltaic performance and low cost of manufacturing. In all structure of perovskite solar cells, the morphology of perovskite layers plays an important role for photovoltaic performance. The formation of a compact and uniform perovskite layer with large crystal size is a significant factor to get the best device performance and efficiently. In this work, chlorine was used in precursor perovskite solution of common perovskite structure(CH3NH3PbI3) in one step deposition method (OSD) and spin-dip deposition method (SDM) to prepare mesoporous perovskite solar cells to increase cells efficiency by getting compact and smooth perovskite layers. SEM, XRD and current density-voltage (J-V) measurements by solar cell characterization were used to investigate cell performance. As a result, in the presence of chlorine in both OSD and SDM methods power conversion efficiency has been enhanced from 3.87% to 6.76% and from 7.84% to 10.27% respectively.
    Keywords: perovskite solar cells, efficiency, morphology, chlorine, spin coating
  • Fatemeh Mohammadi Nezhad, Mehdi Shahidi Zandi *, Seyyed Mohammad Ali Hosseini, Mohammad Javad Bahrami Pages 133-146
    In this study, the inhibition effect of metoral tablet as corrosion inhibitor for mild steel in 0.5 M phosphoric acid solution was investigated using potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy, and the scaning electron microscopy techniques. The results showed that the maximum inhibition efficiency of this drug was found to be 300 ppm, and decreased with the increase in temperature for all of the solutions. Potentiodynamic polarization curves indicated that the inhibitor acts as mixed-type inhibitor and the corrosion current density decreased with increasing the inhibitor concentration. The results obtained from analysis of EIS data was in good agreement with those achieved by the polarization measurements. The adsorption studies indicated that the adsorption of the inhibitor on the alloy surface obeys Langmuir adsorption isotherm.The adsorption process is spontaneous and exothermic process and the entropy of adsorption in this solutions decreases.
    Keywords: Electrochemical Impedance Spectroscopy, Potentiodynamic Polarization, Phosphoric Acid, Mild Steel, Metoral
  • Hassan Koohestani * Pages 147-154
    The simultaneous production of hydrogen and degradation of organic pollutants (methyl orange and cyanide ion) was successfully achieved using TiO2-10%ZrO2 photocatalyst which was synthesized in our previous study. With this catalyst, the degradation of methyl orange (or cyanide ion) was accompanied by the concurrent production of H2. The effects of operational variables, including pollutant concentration, solution pH and irradiation time, on the rate of hydrogen production were investigated. The activity of TiO2-10%ZrO2 gradually decreased with increasing pH, which makes its application of limited to the acidic pH region. The effect of concentration of the pollutants on the hydrogen generation rate is consistent with a Langmuir-Hinshelwood kinetic model. The enhanced photocatalytic activity could be explained in terms of reduced electron-hole recombination via hole consumption by pollutants. It is concluded that, under certain experimental conditions, it is possible to obtain significantly enhanced rates of photoinduced hydrogen production from TiO2-10%ZrO2 with simultaneous degradation of methyl orange and cyanide ion.
    Keywords: Hydrogen production, TiO2-ZrO2, industrial wastewater, cyanide ion, simultaneous degradation
  • Maryam Nasseripour, Azadeh Aezami *, Ahmad Hassanpour Pages 155-164
    In this study, Fe3O4@CuO core-shell nanostructures were synthesized through simple chemical methods for using in degradation process of chemical dyes application. Structural, morphological, magnetic, and optical properties of the obtained product were studied by X-ray diffraction (XRD), scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM), hysteresis loop, absorbance (UV-Vis), and photoluminescence (PL) spectra. The XRD patterns revealed the formation of multi-crystalline Fe3O4 (Cubic) and CuO (Monoclinic) phases. Electron microscopy images also show formation of structures in nano-dimension with spherical- and belt-like morphologies. Magnetic studies that carried out by hysteresis loop show decreases in magnetic properties of core-shell nanostructures which can be due to weak magnetic properties of CuO. Investigating optical properties of core-shell nanostructures demonstrated the existence of absorbance edge at a visible region that is proper for solar ray absorbance and participates in photocatalytic degradation activity. Tauc plot also show decreasing in optical energy band gap of core-shell compare to the shell nanostructures.
    Keywords: Core-shell nanostructures, Fe3O4, CuO, Photocatalytic degradation, Magnetic, optical properties