فهرست مطالب
مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/07/01
- تعداد عناوین: 5
-
-
صفحات 1-11
در پژوهش حاضر، لایه الکتروکرومیکی تنگستن اکسید با استفاده از لایه نشانی به روش الکتروشیمیایی بر روی شیشه رسانای FTO (Fluoride Tin Oxide) به عنوان لایه جوانه زن لایه نشانی شده است. سپس با استفاده از روش هیدوترمال درجا نانوکامپوزیت MoS2-WO3 بر روی زیرلایه حاوی تنگستن اکسید قرارگرفته است. با تغییر درصد افزودن MoS2 اثر بهینه غلظت دی سولفید مولیبدن بر خواص الکتروکرومیک ساختار لایه نشانی شده، بررسی شد. لایه نازک نانوکامپوزیت حاوی درصد بهینه مولیبدن دی سولفید ، به کمک آنالیز های میکروسکوپ الکترونی روبشی، اسپکتروسکوپی نوری، پراش اشعه ایکس، آمپرمتری مورد بررسی و مشخصه یابی قرار گرفتند. با بررسی های انجام شده نانوکامپوزیت حاوی 025/0 وزنی مولیبدن سولفید بهترین پاسخ را در قطعه الکتروشیمی جهت استفاده در شیشه هوشمند داشته است. نتایج اپتیکی نشان داد که اضافه کردن مولیبدن دی سولفید به تنگستن اکسید موجب بازده رنگی شدن لایه الکتروکرومیک شده و همچنین به دلیل افزایش ضریب نفوذ یون لیتیم (از محلول الکترولیت) زمان پاسخ دهی لایه الکتروکرومیک به تغییر ولتاژ نیز بهبود یافته است.
کلیدواژگان: شیشه هوشمند، لایه نازک، نانوکامپوزیت، WO3، Mos2 -
اثر متغیرهای آزمایش فشار بر تحولات ساختاری سوپرآلیاژ پایه ی کبالت نیکل نسل جدید بر پایه ی Co-Ni-Al-Wصفحات 12-27
سوپرآلیاژهای پایه ی کبالت نیکل نسل جدید با ایده ی استحکام بخشی ناشی از ترکیب بین فلزی منظم ´γ در سوپرآلیاژهای پایه ی نیکل معرفی و توسعه داده شده اند. هدف از پژوهش حاضر بررسی اثر متغیرهای آزمایش فشار شامل دما و نرخ کرنش بر تحولات ساختاری سوپرآلیاژ Co-22.8Ni-3.4Al-8Cr-17.1W-1.5Ti-2.8Ta-1.5Nb-1.5Mo-0.06C-0.02B(%wt) است. در این خصوص، آزمایش فشار داغ در محدوده ی دمایی 1200-1050 درجه ی سلسیوس، با گام 50 درجه ی سلسیوس و نرخ های کرنش s-11/0 و s-1001/0 تا کرنش 7/0 انجام شد. برای ارزیابی تحولات ساختاری، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز EDS و XRD به کار گرفته شد. نتایج نشان داد با افزایش دما از 1050 تا 1200 درجه ی سلسیوس و کاهش نرخ کرنش از s-1 1/0 به s-1 001/0 تنش سیلان کاهش می یابد. نتایج بررسی های ریزساختاری نشان داد که در نرخ کرنش s-1 1/0 با افزایش دما از 1050 به 1100 درجه ی سلسیوس اثری از آغاز بازبلورش مشاهده نمی شود و همچنان دانه های کشیده شده در ساختار مشاهده می شوند. با افزایش دمای آزمایش تا 1150 درجه ی سلسیوس دانه های بازبلورش دینامیک در اطراف مرزدانه های اولیه و ازپیش موجود جوانه زده و رشد کرده اند. همچنین، دانه های بازبلورش دینامیک روی رسوبات موجود مشاهده شد که سازوکار بازبلورش، جوانه زنی ترغیب شده توسط ذرات است. با افزایش دما تا 1200 درجه ی سلسیوس، توسعه ی بازبلورش دینامیک در برخی مناطق مشاهده شد. در نرخ کرنش s-1001/0 از همان دمای 1050 درجه ی سلسیوس، توسعه ی بازبلورش دینامیک در کل ساختار مشاهده می شود، به گونه ایی که در نرخ کرنش s-1001/0 و دمای 1150 درجه ی سلسیوس ساختار به صورت کامل بازبلورش یافت و دانه های هم محور با توزیع اندازه ی یکنواخت مشاهده شدند.
کلیدواژگان: سوپرآلیاژ پایه ی کبالت نیکل نسل جدید، آزمایش فشار داغ، بازبلورش دینامیک -
صفحات 28-39انرژی بادی در مقابله با تغییر اقلیم و اهمیت گذار انرژی و جایگزینی سوخت های فسیلی با انرژی های تجدیدپذیر سهم بسزایی ایفا می کند. کشورهای متعددی در جهان از سالیان گذشته اقدام به نصب توربین های بادی کردند و برنامه هایی بلندمدت برای بهره گیری از انرژی بادی در دهه های آتی دارند. نظر به تعداد زیاد این توربین ها و عمر کاری آن ها (20 تا 30 سال)، موضوع مدیریت پسماند اجزای آن ها به چالشی جدی تبدیل شده است، به ویژه آنکه اولین نسل توربین های بادی در شرف ازکارافتادگی و پایان طول عمر خود قرار دارد. از میان اجزای توربین های بادی، بازیافت و مدیریت پسماند پره های آن، که اکثرا از جنس کامپوزیت های برپایه ی الیاف فایبرگلاس هستند، دشوارتر است. پیش بینی می شود که تا پایان 2050 در حدود 43میلیون تن پره به پایان عمر کاری خود می رسند. پژوهش حاضر به معرفی و بررسی فناوری های بازیافت پره های توربین بادی و مدیریت پسماند آن ها می پردازد. در این خصوص، سلسله مراتب مدیریت پسماند پره ها شامل شش گروه اجتناب، استفاده ی مجدد، تغییر کاربری، بازیافت، بازیابی و دفع معرفی شده که در این میان و به طور خاص فناوری های بازیافت مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بررسی و با هم مقایسه شده اند. روش بازیافت شیمیایی نه تنها قابلیت اعمال بر روی پره هایی را که جدید ساخته می شوند داشته، بلکه قادر بوده بر روی پره هایی که در حال کار هستند نیز اعمال شود و آن ها را پس از اتمام عمر کاری به چرخه ی ساخت پره های جدید بازگرداند که نوید اقتصاد چرخشی را می دهد.کلیدواژگان: انرژی بادی، توربین بادی، پره ی کامپوزیتی، بازیافت، مدیریت پسماند
-
صفحات 40-62امروزه به برداشت انرژی بیومکانیکی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی در ادوات الکترونیک پوشیدنی، به ویژه نانوژنراتورهای تریبوالکتریک تماس پوستی، به دلیل انعطاف پذیری و کاربردهای گسترده بسیار توجه شده است. بااین حال، محدودیت هایی نظیر زیست سازگاری مواد، حداقل اصطکاک برای جلوگیری از التهاب پوستی و تاثیرپذیری از رطوبت و دما استفاده از این فناوری را پیچیده می کند. در این مقاله، با طراحی، شبیه سازی و ساخت نانوژنراتورهای تریبوالکتریک منعطف تک الکترودی با ماده ی منفی سیلیکون بهداشتی، تاثیر پارچه ی شیشه ای به جای پوست به عنوان ماده ی مثبت تریبوالکتریک بر عملکرد نانوژنراتور بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که ولتاژ مدار باز به ماده ی مثبت انتخابی وابسته است و از 96 ولت برای پوست به 211 ولت برای پارچه ی شیشه ای و بار اتصال کوتاه از pC18 برای پوست به pC54 برای پارچه ی شیشه ای می رسند. نتایج حاصل از ساخت نشان می دهند که خروجی نانوژنراتور پیشنهادی با پارچه ی شیشه ای با دستیابی نتیجه ی مشابه شبیه سازی، ولتاژ مدار باز 200 ولت، جریان اتصال کوتاه 5/13میکروآمپر و توان خروجی حداکثر 85/1 مگاوات در مقاومت بار 30 مگااهم و با پوست ولتاژ مدار باز 92 ولت، جریان اتصال کوتاه 6/11 میکروآمپر و توان خروجی حداکثر 69/0 مگاوات در مقاومت بار 20 مگااهم است. نانوژنراتورهای تریبوالکتریک ساخته شده در این مقاله با ماده ی مثبت پارچه ی شیشه ای، علاوه بر توان تولیدی بالاتر، به دلیل نبود جریان نشتی و تاثیرپذیری از شرایط محیطی و متابولیسیمی، پایداری بیشتری به واسطه ی ثبات در عوامل تاثیرگذار دارد و، به دلیل عدم الزام به ارتباط مستقیم با پوست، راحتی بیشتری در محل قرارگیری و استفاده از نانوژنراتورهای تریبوالکتریک تماس پوستی برای کاربر در کاربردهای تامین انرژی ادوات الکترونیک پوشیدنی دارد.کلیدواژگان: نانوژنراتور تریبوالکتریک منعطف، حالت تک الکترودی، سیلیکون بهداشتی، پارچه ی شیشه ای
-
مطالعه ای درباره ی اثر پیش ماده ی هیدروکربنی بر ساختار پوشش کربن شبه الماس ایجادشده توسط فناوری رسوب دهی پرتو یونیصفحات 63-74
در پژوهش حاضر، پوشش کربن شبه الماس با دو پیش ماده ی هیدروکربنی متان (CH4) و استیلن (C2H2) توسط فرایند PVD-IBD اعمال شد. سپس، برای مطالعه ی اثر پیش ماده ی هیدروکربنی بر تحولات ساختاری و مکانیکی پوشش کربن شبه الماس از آنالیزهای طیف سنجی رامان و نانودندانه گذاری استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و نیروی اتمی (AFM) برای بررسی ریخت شناسی و توپوگرافی سطح پوشش های ایجادشده استفاده شد. نتایج حاصل از آنالیز رامان نسبت ID/IG کوچک تر و FWHM (پهنا در نصف بیشینه ی قله ی G) بزرگ تری را برای پوشش کربن شبه الماس با پیش ماده ی هیدروکربنی استیلن نشان داد. تصاویر FESEM از مقطع پوشش های ایجادشده حاکی از بالاتر بودن نرخ رسوب گونه های کربنی توسط پیش ماده ی استیلن بود. نتایج حاصل از آنالیز AFM گویای کمتر بودن زبری سطح پوشش کربن شبه الماس حاصل از پیش ماده ی هیدروکربنی استیلن در مقایسه با متان بود. نتایج حاصل از آزمون نانودندانه گذاری نشان داد که پوشش کربن شبه الماس ایجادشده با منبع گازی استیلن (C2H2) دارای سختی (H) و مدول الاستیک (E) بالاتری هستند.
کلیدواژگان: کربن شبه الماس، فرایند PVD-IBD، رامان، پیش ماده ی هیدروکربنی
-
Pages 1-11
In the current research, the electrochromic layer of Tungsten oxide has been applied on the FTO (Fluoride Tin Oxide) conductive glass using an electrochemical method. Then, using in situ hydrothermal method, MoS2-WO3 nanocomposite is deposited on the substrate containing Tungsten oxide. By changing the percentage of MoS2, the optimal effect of molybdenum disulfide concentration on the electrochromic properties of the coated layer was investigated. The nanocomposite thin film containing optimal percentages of Molybdenum disulfide was analyzed and characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Optical Spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and Amperometry. According to results, the nanocomposite containing 0.025% molybdenum disulfide (WM0.025) has the best response in the electrochemical cell for using as smart glass. The optical results showed that the addition of molybdenum disulfide to tungsten oxide resulted in the colorization of the electrochromic layer, and due to the increase in the diffusion coefficient of lithium ions (from the electrolyte solution), the response time of the electrochromic layer was also improved.
Keywords: Smart Glass, Thin Film, Nanocomposite, WO3, Mos2 -
Pages 12-27
The novel cobalt-nickel-based superalloys have been introduced and developed based on the strengthening effect of the γ′ order compound in nickel-based superalloys. The aim of the present study is to investigate the effects of temperature and strain rate during compression testing on the microstructural evolution of a Co-22.8Ni-3.4Al-8Cr-17.1W-1.5Ti-2.8Ta-1.5Nb-1.5Mo-0.06C-0.02B (wt.%) superalloy. In this study, hot compression tests were performed within a temperature range of 1050–1200°C, with 50°C intervals, and at strain rates of 0.1 s⁻¹ and 0.001 s⁻¹, up to a strain of 0.7. Microstructural evolution was analyzed using Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), and X-ray Diffraction (XRD) analysis. The results showed that as the temperature increased from 1050 to 1200°C and the strain rate decreased from 0.1 s⁻¹ to 0.001 s⁻¹, the flow stress decreased. Microstructural studies indicated that at a strain rate of 0.1 s⁻¹, increasing the temperature from 1050 to 1100°C did not lead to the onset of recrystallization; elongated grains were still present in the structure. At 1150°C, dynamically recrystallized grains began to nucleate and grow around the initial and pre-existing grain boundaries. Dynamically recrystallized grains were also observed on precipitates, indicating that the recrystallization mechanism was particle-stimulated nucleation. At 1200°C, the development of dynamic recrystallization was observed in certain regions of the structure. At a strain rate of 0.001 s⁻¹ from 1050°C, the development of dynamic recrystallization was observed throughout the structure. At 1150°C and a strain rate of 0.001 s⁻¹, the structure was fully recrystallized, displaying equiaxed grains with a uniform size distribution.
Keywords: New Cobalt Nickel Based Superalloy, Hot Compression Test, Dynamic Recrystallization -
Pages 28-39To address climate change issue and transition from fossil fuels to renewable energy, wind energy plays a pivotal role. Several countries have installed wind turbines in the past years and have long-term plans to harness wind energy in the coming decades. Given the large number of these turbines and their limited lifespan, typically ranging from 20 to 30 years, managing the waste from their components has become a significant challenge. In particular, the recycling of wind turbines blades, mostly made of fiberglass composites, is a difficult task. It is predicted that by the end of 2050, approximately 43 million tons of blades will reach the end of their operational life. The present study introduces the waste management and recycling technologies for these blades. Following the waste management hierarchy, which consists of the prevention, reuse, repurpose, recycling, recovery, and disposal, the three key recycling methods_ mechanical, thermal, and chemical_ are thoroughly examined. The chemical method can be applied not only to new blades but also to older ones, bringing them back to the recycling process and contributing to the production of new-generation blades, thereby supporting the development of a circular economy.Keywords: Wind Energy, Wind Turbine, Composite Blade, Recycling, Waste Management
-
Pages 40-62Harvesting biomechanical energy and converting it into electrical energy in wearable electronic devices, particularly through skin-contact triboelectric nanogenerators, has garnered significant attention due to their flexibility and broad applications. However, several challenges such as material biocompatibility, minimal friction to prevent skin inflammation, and sensitivity to humidity and temperature hinder the technology's effectiveness. This study investigates the design, simulation, and fabrication of flexible single-electrode triboelectric nanogenerators using sanitary silicone rubber as the triboelectric negative material and E-glass as the triboelectric positive material, replacing skin. Simulation results indicate that the open-circuit voltage varies depending on the positive material, ranging from 96V for skin to 211V for E-glass, while the short-circuit charge ranges from 18pC for skin to 54pC for E-glass. Fabrication results validate these findings, achieving an open-circuit voltage of 200V, short-circuit current of 13.5µA, and maximum output power of 1.85mW at a load resistance of 30MΩ with E-glass. In contrast, skin-based nanogenerators produced an open-circuit voltage of 92V, a short-circuit current of 11.6µA, and maximum output power of 0.69mW at the load resistance of 20MΩ. The E-glass-based nanogenerators exhibit superior performance, stability, and user comfort, making them a promising alternative for energy harvesting in wearable electronics.Keywords: Flexible Triboelectric Nanogenerator, Single Electrode Mode, Sanitary Silicone Rubber, E-Glass
-
A Study on the Role of Hydrocarbon Precursor on Structure of Diamond-Like Carbon Coating Applied by Ion Beam Deposition TechnologyPages 63-74
In the present study, Diamond-Like Carbon (DLC) coating was applied using two hydrocarbon precursors, methane (CH4) and acetylene (C2H2) through the PVD-IBD process. Raman spectroscopy and nano-indentation analyses were conducted to study the effect of hydrocarbon precursor on the structural and mechanical properties of the DLC coatings. Additionally, Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) were employed to investigate the surface morphology and topography of the created coatings. The results from Raman analysis revealed a smaller ID/IG ratio and a larger FWHM for the DLC coating synthesized with acetylene hydrocarbon precursor. Cross-sectional FESEM images of the resulting coatings demonstrated a higher deposition rate of carbonaceous species when using the acetylene precursor. Further, AFM analysis showed that the surface roughness of the DLC coating produced with acetylene hydrocarbon precursor was lower than that obtained with methane. Finally, nano-indentation testing indicated that the DLC coating created using acetylene gas source (C2H2) exhibited higher hardness (H) and elastic modulus (E).
Keywords: Diamond-Like Carbon, PVD-IBD Process, Raman, Hydrocarbon Precursor