فهرست مطالب

بسپارش - سال دهم شماره 4 (پیاپی 37، زمستان 1399)

فصلنامه بسپارش
سال دهم شماره 4 (پیاپی 37، زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/01/18
  • تعداد عناوین: 7
|
  • جمال محمدیان، بهزاد شیرکوند هداوند* صفحات 3-15

    پایان یافتن سوخت های فسیلی، آلایندگی زیست محیطی آن ها و وابستگی شدید بشر به این نوع از سوخت ها باعث شده تا تولید انرژی پاک و پایدار به یکی از مهم ترین مسایل در تامین انرژی آینده بشر تبدیل شود. این مسئله پژوهشگران بسیاری را بر آن داشته است که به دنبال جست وجوی منابع جدید و پایدار انرژی باشند. در کنار انرژی های خورشیدی، بادی، زمین گرمایی و زیست توده، انرژی حاصل از پیل های سوختی نیز اهمیت فراوانی یافته است. پیل های سوختی فناوری جدیدی برای تولید انرژی هستند که بدون ایجاد آلودگی های زیست محیطی و صوتی، از ترکیب مستقیم بین سوخت و اکسنده، انرژی الکتریکی با بازدهی زیاد تولید می کنند. در حال حاضر، معروف ترین پیل سوختی، نوع هیدروژنی است که از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن، آب، گرما و جریان برق تولید می شود. پیل های سوختی شامل سه بخش اصلی کاتد، آند و الکترولیت هستند. الکترولیت ها نقش مهمی در پیل سوختی دارند و اجازه عبور یون ها را با گزینش پذیری لازم در پیل می دهند. در سال های اخیر، استفاده از پلیمرها به عنوان الکترولیت در ساخت پیل های سوختی هیدروژنی متداول شده است که به پیل های سوختی پلیمری معروف هستند. با توجه به پیشرفت های انجام گرفته در زمینه پیل های سوختی پلیمری و پلیمرهای خاص به کاررفته در آن ها، این مقاله قصد دارد به ساختار کلی پیل های سوختی هیدروژنی با تاکید بر ساختار پلیمری بپردازد.

    کلیدواژگان: تولید انرژی، انرژی پاک، پیل سوختی هیدروژنی، پیل سوختی پلیمری، الکترولیت پلیمری
  • محمد برغمدی، اسماعیل قاسمی* صفحات 16-30

    در این مقاله، دانش فعلی در باره ریولوژی پلیمرهای بسیار پرشده، با تاکید بر پرکننده های سخت بررسی می شود. دانستن رفتار ریولوژیکی این آمیزه ها به بهینه کردن فراورش آن ها کمک می کند. زمانی که ذرات جامد در بستر یک سیال قرار می گیرند، بر رفتار ریولوژی سامانه اثر می گذارند که این اثرگذاری با تغییر در میدان جریان انجام می گیرد. امروزه ریولوژی تعلیق ها، به ویژه تعلیق های غلیظ، به دلیل استفاده فراوان از آن ها در زمینه های مختلف مانند صنعت کامپوزیت، پتروشیمی و صنایع غذایی اهمیت بسیاری دارد. عاملهای اصلی موثر بر رفتار ریولوژیکی این کامپوزیت ها شامل کسر پرشدگی بیشینه، آستانه شبکه شدگی و توزیع اندازه پرکننده هاست. توزیع اندازه پرکننده ها امکان استفاده از مقدار پرکننده بیشتر را آسان می کند و گرانروی مذاب را برای مقدار مشخصی از پرکننده کاهش می دهد. محدودیت ها و ناپایداری های جریان، به رفتار غیرخطی مانند لغزش دیواره، جدایش پرکننده-پلیمر، تورم و ناپایداری سطح منجر می شوند. مدل های ریاضی و پیش بینی بیشینه کسر پرشدگی نیز ارایه شده اند که از مهم ترین عاملهای ریولوژی کامپوزیت های بسیار پرشده هستند. معادلات دربرگیرنده گرانروی نیز به عنوان تابعی از مقدار پرکننده برای تعلیق های بسیار پرشده تک ، دو و چندشیوه ای ارایه شده است.

    کلیدواژگان: پلیمرهای بسیار پرشده، رئولوژی، بیشینه کسر پرشدگی، گرانروکشسان غیرخطی، مدل های ریاضی
  • سپیده خوئی*، سمانه معیری صفحات 31-43

    میکرو-نانوموتورهای سنتزی، میکرو-نانوذرات عامل دارشده ای هستند که قابلیت حرکت خودبه خود را دارند. میکرو-نانوموتورها حاصل شبیه سازی ریزساختارهای متحرک در طبیعت بوده که دارای مزیت کنترل پذیری حرکت هستند. میکرو-نانوموتورها انواع و کاربردهای مختلفی دارند که از جمله بی نیاز به سوخت و نیازمند آن را می توان نام برد. انواع بی نیاز به سوخت، با استفاده از تغییرات محیطی مانند افزایش دما در اثر گرمایش، میدان های مغناطیسی و فراصوت حرکت می کنند. میکرو-نانوموتورهای کاتالیزی نظیر میکرو-نانوموتورهای برپایه پلاتین، رایج ترین انواع میکرو-نانوموتورهای نیازمند سوخت هستند. سوختی که در میکرو-نانوموتورهای پلاتینی استفاده می شود، هیدروژن پراکسید است که با تجزیه آن در سطح پلاتین انرژی لازم برای حرکت موتورها فراهم می شود. میکرو-نانوموتورهای پلاتینی، ساختارها و هندسه های متفاوت شامل کروی، کاسه ای شکل، میله ای، مخروطی، لوله ای توخالی و پوسته ای دارند که سازوکار های حرکتی و سرعت های مختلف را در آن ها ایجاد می کنند. سرعت حرکت میکرو-نانوموتورهای پلاتینی، بازه بزرگی از سرعت های کم تا خیلی زیاد، از چند میکرومتر بر ثانیه تا چندصد میکرومتر بر ثانیه را شامل می شود. در این مقاله، ابتدا میکرو-نانوموتورهای پلاتینی معرفی و انواع آن ها ذکر شده است. همچنین، انواع سازوکارهای حرکتی شامل خودالکتروکوچ، خودکوچ پخشی و حباب رانشی توضیح داده شده اند. سپس، مقایسه سرعت ها در سازوکار های حرکتی مختلف،  کاربردهای میکرو-نانوموتورها و چالش استفاده از نوع پلاتینی آن ها در شرایط درون تنی نیز بحث شده اند.

    کلیدواژگان: میکرو-نانوموتورهای پلاتینی، حباب پیش رونده، خود الکتروکوچ، خودکوچ پخشی، دارورسانی
  • سیده معصومه قاسمی نژاد*، افسانه سادات لاریمی صفحات 44-55

    امروزه با رشد جمعیت، تقاضا برای آب شیرین در بخش خانگی و صنعتی به طور چشمگیری در حال افزایش است. از گزینه های مطرح مقابله با کم آبی، توسعه سامانه های مبتنی بر غشا مانند اسمز معکوس، نانوفیلتر، فرافیلترکردن و میکروفیلتر برای نمک زدایی آب های شور، لب شور و تصفیه پساب است. بهبود عملکرد، طول عمر و سایر مشخصه های غشا برای کاهش هزینه و مصرف انرژی سامانه های تصفیه همواره از موضوعات مهمی است که در توسعه این فناوری ها به آن ها پرداخته می شود. در دهه اخیر، گرافن اکسید برای اصلاح غشاهای متداول تصفیه آب و ساخت غشاهای نانوکامپوزیتی جدید بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ورقه های گرافن اکسید ساختار و خواص منحصر به فردی دارند و با صرف هزینه کم در مقیاس تجاری قابل تولید هستند. از آنجا که وجود گروه های عاملی مانند اپوکسی، هیدروکسیل و کربوکسیل در سطح گرافن اکسید باعث برهم کنش قوی آن ها با شبکه پلیمری می شود، استفاده از این نانوورقه ها در سطح و شبکه پلیمری می تواند به بهبود استحکام مکانیکی، آب دوستی و خاصیت ضدرسوبی غشا منجر شود. در نتیجه، عملکرد غشا در حذف آلاینده ها و نمک زدایی در سامانه های میکروفیلتر، فرافیلتر، نانوفیلتر و اسمز معکوس بهبود می یابد. در این مقاله، به انواع روش های ساخت و اصلاح غشاهای پلیمری با گرافن اکسید شامل اصلاح سطحی غشای پلیمری و ساخت غشای نانوکامپوزیتی پرداخته شده است. چگونگی تاثیر گرافن اکسید بر عملکرد غشا و مشخصه های سطحی و ساختار متخلخل آن نیز بحث و بررسی شده است.

    کلیدواژگان: گرافن اکسید، غشای پلیمری، نانوکامپوزیت، اصلاح سطحی، وارونگی فاز
  • ترجمه: سپیده گماری صفحات 56-68

    برای رفع نقص های پوشش ها و دست یابی به پوشش های ضدخوردگی سبک و گران کار، انواع نانومواد دوبعدی (2D) به پوشش های پلیمری افزوده می شوند تا پوشش های ضدخوردگی کارا در بلندمدت تهیه شوند. در این مقاله، ایده های کلی طراحی پوشش های پلیمری کامپوزیتی مقاوم به خوردگی برای طیف گسترده ای از نانومواد دوبعدی ارایه شده و به طور نمونه توسعه گرافن، بور نیترید (BN)، مولیبدن دی سولفید (MoS2)، زیرکونیم فسفات (ZrP)، Mxene (Ti3C2Tx) و نانوورقه های هیبریدی دوتایی (binary) (0D/2D، 1D/2D، 2D/2D و 3D/2D) در پوشش های ضدخوردگی پلیمری مرور می شود. درنهایت براساس بحث انجام شده، چالش ها و چشم اندازهای این حوزه امیدبخش از منظر مهندسی شیمی ارایه می شود.

  • علی اکبر یوسفی*، امیرحسین برنجچی، سمیرا فلاح دوست مقدم صفحات 69-85

    سلول های خورشیدی پلیمری نسل نسبتا جدیدی از مبدل های فوتوولتایی هستند که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این نسل از سلول های خورشیدی به دلیل مزیت هایی همچون فراوانی مواد خام اولیه، امکان تولید در رنگ های مختلف بر اساس خواست مشتری، انعطاف پذیری، وزن سبک و هزینه کم تولید، قابلیت بسیار زیادی را برای تجاری شدن و تولید در مقیاس صنعتی نشان می دهند. برای تجاری شدن سلول های خورشیدی پلیمری، هزینه تمام شده و ارزیابی جنبه های اقتصادی تولید صنعتی آن ها بسیار حایز اهمیت بوده و تاکنون مطالعات اندکی در این باره انجام شده است. در این مقاله برآوردی از هزینه های مواد اولیه، فرایند تولید و در نهایت نصب و راه اندازی سامانه های تولید کننده انرژی الکتریکی برپایه سلول های خورشیدی پلیمری انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد، باوجود کمتر بودن بازده تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی در این سامانه ها، به دلیل سازگاری فرایند ساخت آن ها با چاپ رول به رول، هزینه تمام شده بسیار کم است. همچنین سلول های خورشیدی پلیمری، نه تنها با محصولات تجاری شده در این حوزه نظیر نوع سیلیکونی، بلکه با سایر سامانه های تولیدکننده انرژی الکتریکی نظیر سامانه های برپایه انرژی باد و آب نیز رقابت می کنند.

    کلیدواژگان: سلول خورشیدی پلیمری، تولید انبوه، مواد، فرایند ساخت، هزینه های مدول
|
  • Jamal Mohammadian, Behzad Shirkavand Hadavand * Pages 3-15

    E xhaustion of fossil fuels, their environmental pollution, and human dependence onthis type of fuel have made the production of clean and sustainable energy, one of thegreatest issues in providing human energy in the future. This has led many researchers toseek new clean and sustainable sources of energy. In addition to solar, wind, geothermaland biomass energy, fuel cell energy is also become very important. Fuel cells are a newtechnology for generating energy that produces high-efficiency electrical energy throughdirect reaction between fuel and oxidizer without creating environmental and noisepollution. Currently, the most popular fuel cell is the hydrogen type, which is producedwater, heat, and electricity by the reaction between hydrogen and oxygen. Fuel cells consistof three main parts: a cathode, an anode, and an electrolyte. Electrolytes play an importantrole in the fuel cell and allow ions to pass through the cell with the necessary selectivity. Inrecent years, polymers have been used as electrolytes in the manufacture of conventionalhydrogen fuel cells, known as polymer fuel cells. Given the advances made in the field ofpolymer fuel cells and the specific polymers used in them, this paper intends to address thegeneral structure of hydrogen fuel cells with emphasis on the polymer structure.

    Keywords: Energy production, Clean energy, Hydrogen fuel cell, Polymer fuel cell, polymer electrolyte
  • Mohammad Barghamadi, Ismaeil Ghasemi * Pages 16-30

    T his paper reviews current knowledge about the rheology of highly filled polymers,focusing on hard fillers. Understanding the rheological properties would help forassist the formulation and processing of such polymeric materials. When solid particles areincorporated in a fluid, they affect the rheological behavior of the system via changes in theflow field. Nowadays rheology of suspensions, especially concentrated suspensions, is ofgreat importance due to their wide uses in various fields such as composite, petrochemical,and food industries. The main factors affecting the rheological behavior of these compositessuch as maximum packing fraction, percolation threshold, and the size distribution of thefillers are discussed. The size distribution of the fillers facilitates higher filling levels anddecreases the melt mixture viscosity for a specified content of fillers. The limitations andflow instabilities of highly filled polymers often lead to non-linear rheological behaviorsuch as wall slip, polymer-filler separation, swelling and surface instabilities phenomena.Following, mathematical models predicting the maximum packing fraction, which is oneof the most important rheological parameters of highly filled composites, is presented.The viscosity-containing also discussed as a function of the filler content for monomodal,bimodal, and multimodal highly filled suspensions.

    Keywords: Highly Filled Polymers, Rheology, Maximum Packing Fraction, Non-linear Viscoelastic, Mathematical Models
  • Sepide Khoee *, Samaneh Moayeri Pages 31-43

    Synthetic micro/nanomotors are functionalized micro/nanoparticles with the ability ofself-propelling motion. Synthetic micro/nanomotors are the mimic of mobile organismslike bacteria in nature. Micro/nanomotors have different types such as fuel required micro/nanomotors and fuel-free ones and various applications. Fuel-free micro/nanomotors movethrough environmental changes like increasing in temperature by heating, magnetic andultrasonic fields, etc. Platinum-based micro/nanomotors are the most common types of micro/nanomotors. Hydrogen peroxide is the fuel utilized in platinum-based micro/nanomotors.The decomposition of hydrogen peroxide fuel on the platinum surface of synthetic micro/nanomotors, supplies the required energy for motion of motors. Platinum-based micro/nanomotors have different structures and geometrics include spherical, stomatocyte, rod,tubular, and shell that that creates various motion mechanisms and speeds. The motionspeed of micro/nanomotors has a wide range of amounts from one micrometer per secondto hundreds micrometers per second. In this review, platinum-based micro/nanomotors andtheir different types have been introduced. In addition, different mechanisms of motioninclude self-electrophoresis, self-diffusiophoresis and bubble-propulsion mechanismshave been discussed. Then, the comparison of velocities in different motion mechanisms,applications of micro-nanomotors and the challenge of using their platinum type in in vivoconditions were also mentioned.

    Keywords: patinum-based micro, nanomotors, Bubble propulsion, Self-electrophoresis, Self-diffusiophoresis, drug delivery
  • Seyedeh Masumeh Ghaseminezhad *, Afsanehsadat Larimi Pages 44-55

    N owadays, with population growth, the demand for fresh water is rising rapidly.Development of membrane based systems such as reverse osmosis, nanofilteration,ultrafilteration, and microfilteration is important strategy to reduce water scarcity.Improving performance, life time and other properties of membranes are always importantissues to reduce cost and energy consumption of membrane based-water treatment systemand should be considered to develop membrane technologies. Recently, graphene oxidehas attracted great attention to modify relevant membranes and manufacture novelnanocomposite membranes. Graphene oxide has unique structure and properties and can beproduce at commercial scale with low cost. Functional groups of graphene oxide includinghydroxyl, epoxy and carboxyl lead to strong interaction with polymeric matrix. Usinggraphene oxide in surface and matrix of polymer can improve mechanical strength, thermalstability, hydrophilicity and antifouling of polymeric membrane and subsequently improvemembrane flux and performance in desalination process. In this review, the processes formodifying of membrane surface and synthesizing of nanocomposite membrane usinggraphene oxide have been evaluated. The mechanism of graphene oxide influence onmembrane porosity, structure, characteristics and performance has been also discussed.

    Keywords: graphene oxide, polymeric membrane, Nanocomposite, surface modification, phase inversion
  • Ali Akbar Yousefi *, Amirhosein Berendjchi, Samira Fallahdoost Moghadam Pages 69-85

    P olymeric solar cells are a relatively new generation of photovoltaics that havereceived much attention in recent years. Due to advantages such as the abundanceof raw materials, the ability to produce in different colors according to customer demand,flexibility, light weight and low production cost, this generation of solar cells has a greatpotential for commercialization and production on large scale. In order to commercializethe polymer solar cells, it is important to evaluate the costs and economic aspects of theirindustrial production, and so far few studies have been done in this regard. In this paper, thecosts of raw materials, production process and finally the installation and commissioningof electricity generating systems based on polymeric solar cells has been estimated. Theresults show that despite the lower efficiency of solar energy conversion into electricalenergy in these systems, due to the adaptability of their manufacturing process withroll-to-roll printing, the cost is very low. Polymer solar cells also compete not only withcommercial products in this field, such as silicon-based solar cells, but also with otherelectricity generating systems, such as wind and water-based systems.

    Keywords: polymeric solar cell, mass production, materials, fabrication process, module expenses