فهرست مطالب

مواد پیشرفته در مهندسی - سال چهل و دوم شماره 3 (پاییز 1402)

فصلنامه مواد پیشرفته در مهندسی
سال چهل و دوم شماره 3 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • فرشته عادل مهربان*، رویا سعیدی، محسن مرادمند، محمد ژیانی، کیوان رئیسی صفحات 1-15
    یکی از چالش های مطرح در واحد شیرین سازی گاز در پالایشگاه ها، خوردگی اجزاء در محلول آمین در چرخش در طی فرایند حذف CO2 است. از این رو در پژوهش حاضر، آزمون های الکتروشیمیایی (پلاریزاسیون تافل و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی) جهت بررسی رفتار خوردگی فولادهای کربنی و زنگ نزن 316 در محلول متیل دی اتانول آمین فعال شده با پپرازین موجود در فرایند جذب/دفع CO2 واحد تولید هیدروژن پالایشگاه اصفهان شامل جذب کننده (Rich)، ریژنراتور (Lean) و نیز محلول تازه ساخته شده، به کار گرفته شدند. آزمون ها در دمای ثابت 65 درجه سانتی گراد انجام شدند. در غیاب CO2، رفتار پاسیو برای هر دو فولاد کربنی و زنگ نزن 316 مشاهده شد. کمترین مقاومت به خوردگی این فولادها در محلول Rich مشاهده شد که به دلیل کمترین مقدار pH و بیشترین مقدار هدایت ویژه این محلول در مقایسه با محلول های Lean و تازه ساخته شده بود. با دمش گاز CO2 در دمای 65 درجه سانتی گراد، خوردگی فولاد کربنی به صورت اکتیو در آمد درحالی که رفتار پاسیو فولاد زنگ نزن 316 حفظ شد. هر دو فولاد مقاومت به خوردگی کمتری را در محلول Rich ارائه دادند.
    کلیدواژگان: محلول aMDEA، خوردگی، پاسیواسیون، فولاد کربنی، فولاد زنگ نزن 316
  • محسن محرابی*، فاضل شجاعی صفحات 17-29
    در این پژوهش از نانولوله های کربنی چند جداره با قطر 30 تا 50 نانومتر و طول تقریبی 6 میکرون جهت ذخیره سازی گاز هیدروژن به روش حجم سنجی استفاده شد. ساختار، شکل و خواص فیزیکی نانولوله های کربنی به وسیله آنالیزهای پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی عبوری و آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز مورد بررسی قرار گرفت. جهت بررسی ظرفیت ذخیره سازی هیدروژن در نانولوله های کربنی اثر دو پارامتر اسید شویی و تابش لیزر یاگ مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که اسید شویی و تابش لیزر به ترتیب باعث افزایش 59 و 100 درصدی سطح ویژه نانولوله های کربنی می شود. همچنین بررسی ها نشان داد که نانولوله های کربنی خالص شده 0/3 درصد وزنی گاز هیدروژن را در خود ذخیره می کنند که افزایش 75 درصدی را نسبت به نانولوله های اولیه نشان می دهد. تابش لیزر با زمان های متفاوت باعث تغییر ظرفیت ذخیره سازی نانولوله ها شد که مقدار بهینه آن تابش 90 دقیقه لیزر بود و ظرفیت ذخیره سازی گاز هیدروژن در نانوله ها را به 1/1 درصد وزنی رساند.
    کلیدواژگان: نانولوله های کربنی، اسید شویی، لیزر، ذخیره سازی هیدروژن، روش حجم سنجی
  • نرجس روحی، شاهد حسن پور* صفحات 31-48
    در این تحقیق، نانومیله های α-MnO2با یک روش جدید آب گرمایی ریخت- کنترل شده در شرایط بدون نیاز به قالب جهت کاربرد در ذخیره سازی الکتروشیمیای انرژی تهیه شد. اکسید گرافن با استفاده از روش هامر اصلاح شده تهیه شد. گروه های اکسیژن دار با استفاده از هیدرازین جهت تولید اکسید گرافن کاهش یافته حذف شدند. نانوکامپوزیت های اکسید گرافن کاهش یافته و دی اکسید منگنز با درصدهای مختلف (G80M20, G40M60, G20M80) ساخته شدند و با روش های مناسب با موفقیت مشخصه یابی شدند. برای بررسی رفتار خازنی الکتروشیمیایی نمونه های مختلف، آزمایش های ولتامتری چرخه ای ، شارژ/تخلیه گالوانوستاتیک در یک سیستم سه الکترودی با محلول Na2SO4 با غلظت 0/5 مولار به عنوان الکترولیت انجام شد. مطالعه طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و ولتامتری چرخه ای در محلول 10 میلی مولار K4[Fe(CN)6] حاوی KCl با غلظت 0/1 مولار برای مطالعه خواص سطحی الکترود انجام شد و نشان داد که الکترود G40M60 دارای کمترین مقاومت در برابر انتقال بار و نفوذ یونی می باشد. نتایج آزمایش های الکتروشیمیایی رفتار ابرخازنی عالی نانوکامپوزیت G40M60 و پایداری بالای 91 درصد پس از 50 چرخه شارژ-تخلیه در چگالی جریان Ag-1 5 را نشان داد. ظرفیت ویژه برای نانوکامپوزیت G40M60 بیشتر از سایر نمونه ها و معادل با Fg-1 179 /72 در چگالی جریان Ag-1 0/6 محاسبه شد.
    کلیدواژگان: ابرخازن، نانوکامپوزیت، دی اکسید منگنز، گرافن کاهش یافته، آبگرمایی
  • خشایار زمانی*، مجید طاووسی، علی قاسمی، غلامرضا گردانی صفحات 49-60
    در پژوهش حاضر تاثیر افزودن جزئی سیلیسیم بر رفتار ساختاری و الکترومغناطیس کامپوزیت های زمینه سرامیکی TiC/Ti3AlC2 مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، برای سنتز کامپوزیت مورد نظر از فرایند آسیاب کاری و عملیات آنیل بهره گرفته شد. بررسی های ساختاری و فازی توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز حرارتی افتراقی و دستگاه پراش سنج پرتو ایکس و بررسی رفتار الکترومغناطیسی توسط دستگاه تحلیگر شبکه ای صورت گرفت. نتایج نشان داد که امکان سنتز ساختار کامپوزیتی TiC/Ti3AlC2 با افزودن جزئی سیلیسیم به صورت درجا وجود دارد. سیستم 2TiC-Al-Ti-0.2Si بهترین رفتار جذب امواج الکترومغناطیسی با تلفات انعکاس حدود 30/10- دسی بل در فرکانس تطبیق 15/1 گیگاهرتز را نشان داد. پس از عملیات آنیل در دمای 1400 درجه سانتی گراد، مشخص شد ساختار کامپوزیتی TiC/Ti3AlC2 حاصل از فرایند آسیاب کاری پایدار است ولی رفتار جذب الکترومغناطیسی تحت تاثیر قرار می گیرد. بدین گونه که کم ترین اتلاف بازتاب ترکیبات آنیل شده حدود 1- دسی بل بود.
    کلیدواژگان: کامپوزیت TiC، Ti3AlC2، رشد درجا، تلفات انعکاس، خواص الکترومغناطیسی
  • الهام فعلی، امین مفتاحی* صفحات 61-72
    در این پژوهش با استفاده از روش های خلاقانه روی سطح فیبر نوری پلیمری، افکت های جدید نوری ایجاد شد تا در تولید منسوجات درخشان برای طراحی البسه با قابلیت انتشار نور مورد استفاده قرار گیرد. بدین جهت فیبرهای نوری در 3 ضخامت 0/75، 0/5 و 0/25 میلی متر تهیه و سپس با روش هایی همچون گره زدن، هویه کشی، سایش سطح با سمباده، ذوب کردن و ایجاد خراش با ابزار برش، تحت عملیات ثانویه فیزیکی قرار گرفتند و در مرحله بعد به وسیله لامپ LED نوردهی انجام شد و میزان نوردهی فیبرها توسط دستگاه توان سنج نوری ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که نور خارج شده از فیبر ضخیم تر نسبت به سایر نمونه ها از درخشش بیشتری برخوردار بوده و با کاهش ضخامت آن، میزان انتشار نور کمتر می شود. همچنین فیبر ضخیم تر انعطاف پذیری کمتری نسبت به فیبر نازک تر از خود نشان داد. لازم به ذکر است که فیبرهای نوری پلاستیکی نازک تر، شکننده تر و نسبت به گرما حساس تر هستند و به سرعت ذوب می شوند. به علاوه در روش های گره زدن و ذوب کردن، نور به صورت نقطه ای و سه بعدی حاصل می شود. همچنین در روش ذوب کردن به علت تشکیل فرم کروی در سر فیبر، نور حاصل شده بسیار درخشان تر از نمونه های دیگر است. از سوی دیگر در نمونه های سمباده کشی شده و هویه کاری شده به علت شفاف بودن فیبر و ایجاد آسیب خطی در آن، نور به صورت یکنواخت منتشر می گردد. همچنین نتایج به دست آمده نشان داد که الیاف نوری، ظرفیت بالایی را برای تولید منسوجات درخشان الکترونیکی در صنعت مد و لباس دارند.
    کلیدواژگان: البسه درخشان، پلی متیل متاکریلات، فیبر نوری، منسوجات الکترونیکی، پارچه لومینسانس
  • علیرضا یوسفی، مهدی سبحانی، شهاب ترکیان، حسین جمالی، حسن شیخ، محمدرضا لقمان استرکی* صفحات 73-92

    هدف از این پژوهش، تولید ریزدانه های مزوفاز کربنی با استفاده از قیر مزوفاز به عنوان ماده اولیه به روش سوسپانسیون است. اثر حلال پیریدین و همچنین تاثیر انجام فرآیند کربنیزاسیون بر تولید ریزدانه های مزوفاز کربنی در پژوهش حاضر بررسی شد. در نهایت ویژگی های ساختاری و شیمیایی موجود در ریزدانه های مزوفاز کربنی تولید شده ارزیابی شد. نتایج نشان داد که انجام فرآیند استخراج با حلال پیریدین و فرآیند کربنیزاسیون، تاثیر زیادی بر مورفولوژی و حذف ناخالصی های موجود در قیر مزوفاز و بازده تولید دارد. طبق نتایج به دست آمده حضور پراش های پرتو ایکس واقع در θ2 برابر 26 و 43 درجه تایید کننده تشکیل شبکه شش گوش گرافیت است. همچنین وجود نوارهای D و G در آزمون رامان تایید کننده وجود پیوندهای منظم شش گوش (G) و پیوندهای ناقص (D) در کره های مزوفاز کربنی است. تمام ذرات قیر مزوفاز نیز در پایان فرآیند به کره های مزوفاز کربنی با توزیع اندازه ذرات 80 نانومتر الی 12 میکرومتر تبدیل شدند.

    کلیدواژگان: ریزدانه های مزوفاز کربنی، کربنیزاسیون، سوسپانسیون، قیر مزوفاز، بازپخت
|
  • F. Adel-Mehraban *, R. Saeidi, M. Moradmand, M. Zhiani, K. Raeissi Pages 1-15
    One of the major challenges in natural gas sweetening plants is the corrosion of components in amine solution during the CO2 removal process. In this study, electrochemical tests (Tafel polarization and electrochemical impedance spectroscopy) were employed to evaluate the corrosion performance of carbon steel and stainless steel 316 in the aMDEA solution present in the CO2 absorption/desorption process of hydrogen generation unit in Isfahan refinery, including the absorber (rich) and regenerator (lean), as well as freshly made solution. The tests were performed at a constant temperature of 65 °C. Passive behavior was observed for both carbon and 316 stainless steels in the absence of CO2. The lowest corrosion resistance of these steels was observed in the rich solution due to the lowest pH and the highest specific conductivity compared to the lean and freshly made solutions. The carbon steel corroded actively by the purging of CO2 at a temperature of 65 °C while the passive behavior of 316 stainless steel was maintained. Both steels exhibited lower corrosion resistance in the rich solution.
    Keywords: aMDEA solution, Corrosion, Passivation, carbon steel, 304 stainless steel
  • M. Mehrabi *, F. Shojaee Pages 17-29
    This research used multi-walled carbon nanotubes with a 30 to 50  nm diameter and an approximate length of 6  µm to store hydrogen gas by the volumetric method. Carbon nanotubes' structure, shape, and physical properties were investigated by X-ray diffraction analysis, transmission electron microscopy, and infrared spectroscopic analysis. To investigate the hydrogen storage capacity in carbon nanotubes, the effect of two parameters, namely acid washing and YAG: Nd laser irradiation, were studied. The results showed that acid washing and laser irradiation increased the specific surface area of carbon nanotubes by 59%  and 100%, respectively. Studies also showed that purified carbon nanotubes stored 0.3 wt.% hydrogen, which revealed a 75% increase compared to the original nanotubes. Also, laser irradiation with different times changed the storage capacity of nanotubes. The optimal value of laser irradiation was obtained to be 90  minutes, which increased the storage capacity of hydrogen gas in nanotubes to 1.1 wt.%.
    Keywords: carbon nanotubes, acid washing, laser, Hydrogen Storage, volumetric method
  • N. Rouhi, S. Hassanpoor * Pages 31-48
    In this research, α-MnO2 nanorod was synthesized by a novel morphology controlled hydrothermal method in the absence of mold for electrochemical energy storage. Graphite oxide (GO) was synthesized using the modified Hummers method. The oxygenated groups of GO were eliminated by the use of hydrazine to produce the reduced graphene oxide (RGO). Nanocomposites with different percentages were made with reduced graphene oxide (G) and manganese dioxide (M) (G20M80, G40M60, G80M20) and were characterized successfully with appropriate methods. To investigate the electrochemical capacitor behavior of various samples, cyclic voltammetry (CV) and galvanostatic charge/discharge (GCD) experiments were performed in a three-electrode system containing 0.5 M Na2SO4 solution as the electrolyte. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) study in 10 mM K4Fe(CN)6 containing 0.1 M KCl also investigated to evaluate the surface properties of the electrodes. The results of the electrochemical experiments showed that the G40M60 electrode had the lowest resistance to charge transfer and ionic diffiution. The results of electrochemical tests revealed excellent supercapacitor behavior of G40M60 nanocomposite and high stability of 91% after 50 charge-discharge cycles at 5 Ag-1 current density. The specific capacitance for the G40M60 nanocomposite was higher than that of other samples and was calculated as 179.72 F.g-1 in current density of 0.6 A.g-1.
    Keywords: Electrochemical supercapacitor, nanocomposite, MnO2, RGO, hydrothermal
  • Kh. Zamani *, M. Tavoosi, A. Ghasemi, G. R. Gordani Pages 49-60
    In this study, the effect of partial addition of silicon on the structural behavior and electromagnetism of TiC/Ti3AlC2 ceramic matrix composites has been investigated. In this regard, the mechanical alloying and annealing processes were used for the synthesis of the desired composite. Structural and phase investigations were performed using scanning electron microscope, differential thermal analysis, and X-ray diffractometer, and electromagnetic behavior was investigated by network analyzer. The results showed that it was possible to synthesize TiC/Ti3AlC2 composite structure with in-situ partial addition of silicon. 2TiC-Al-Ti-0.2Si system showed the best absorption behavior of electromagnetic waves with reflection loss of about -30.10 dB at matching frequency of 15.1 GHz. It was found that the TiC/Ti3AlC2 composite structure obtained from the mechanical alloying was stable after annealing at 1400 °C. However, the electromagnetic absorption behavior was affected. Thus, the reflection loss of the annealed samples was obtained about -1dB.
    Keywords: TiC, Ti3AlC2 composite, In situ growth, Reflection loss, Electromagnetic properties
  • E. Feli, A. Meftahi * Pages 61-72
    In this research, creative techniques have been applied on the surface of polymer optical fiberto observ new optical effects in the production of luminous textiles and their further application in designing luminous clothing. Accordingly, optical fibers of three different thicknesses (0.25, 0.5, and 0.75 mm) were subjected to secondary operations using techniques such as knotting, pulling, grinding the surface with sandpaper, melting, and creating scratches with a cutter, and were exposed to LED to evaluate their luminescence. The result showed that the light emitted from fibers with greater thickness shined more than the similar samples in fibers with less thickness. Additionally, a thicker fiber has been proven to be less flexible than a thinner fiber. Thinner plastic fibers revealed faster melting and weremore fragile and more sensitive to heat. In the knotting and melting methods, the obtained light was appeared in the form of a three-dimensional spotlight. In the melting method, the resulting light was appeared brighter than other samples due to the formation of a spherical shape in the fiber tip. On the other hand, the light emitted from the samples exposed to sanding and pulling scatter appeareduniformly due to the fiber transparency and linear processing. The conducted research declaredthe high potential of optical fibers for the production of luminous textiles with unique design capabilities and their high efficiency in the fashion and clothing industry.
    Keywords: Luminous clothing, Poly methyl methacrylate, optical fiber, Electronic textiles, Luminous fabric
  • A. R. Yousefi, M. Sobhani, Sh. Torkian, H. Jamali, H. Sheikh, M. R. Loghman Estraki * Pages 73-92

    The purpose of this research was to produce Meso Carbon Micro Beads (MCMB) using mesophase pitch as a raw material by suspension method. The effect of pyridine solvent and also carbonization processes in the production of MCMBs were investigated. Finally, the structural and chemical properties of MCMBs were evaluated. The results showed that extraction with pyridine solvent and the carbonization process had a great effect on the morphology and removal of impurities in mesophase pitch and production efficiency. According to the obtained results, the presence of x-ray patterns located at 2θ equal to 26 and 43 degrees confirmed the formation of a graphite hexagonal network. Also, the existence of bands bands and G bands confirmed the existence of regular hexagonal bonds (G) and incomplete bonds (D) in carbon mesophase spheres. At the end of the process, all mesophase pitch particles were converted into carbon mesophase spheres with a particle size distribution of 80 nm to 12 µm.

    Keywords: MesoCarbon MicroBeads, Carbonization, Suspension, mesophase pitch, annealing