اکتشافات بزرگ در مقیاس کوچک: کاهش ضخامت لایه‌های آنتی‌فروالکتریک، آن‌ها را به فروالکتریک تبدیل می‌کند

 | تاریخ ارسال: 1402/9/28 | 
 
اکتشافات بزرگ در مقیاس کوچک: کاهش ضخامت لایههای آنتی‌فروالکتریک، آن‌ها را به فروالکتریک تبدیل می‌کند
 
   طرح‌واره‌ی فرآیند برداشتن لایه‌های نازک NaNbo۳ . با حل‌کردن لایهی بافر La ۰.۷ Sr ۰.۳ MnO۳ در محلول مخلوط KI  و HCl ، لایه‌ی نازک NaNbo۳ آزادشده و روی یک غشای SiNx  به ضخامت ۲۰۰ نانومتر با آرایه‌هایی از حفره‌هایی به قطر ۲ تا ۱۰ میکرومتر منتقل می‌شود. منبع: Xu و همکاران،  Advanced Materials (CC BY ۴.۰)  
 
با وجود اینکه تقریباً ۷۰ سال از مرگ آلبرت انیشتین می‌گذرد، فیزیکدانان هنوز به دنبال «تئوری همه چیز»، یعنی یک چارچوب فرضی فراگیر که فیزیک کل جهان را در یک معادله توضیح می‌دهد هستند. ماده در بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین مقیاس رفتار بسیار متفاوتی دارد و یافتن معادله‌ای که بتواند هر دو حالت را توضیح دهد تاکنون غیر ممکن بوده است و این موضوع منجر به تلخی اوقات فیزیک‌دانان شده‌است.
اگرچه برای فیزیکدانان آزار‌دهنده است، اما خواص مواد که در مقیاس‌های بسیار کوچک ظاهر می‌شوند برای دانشمندان مواد هیجان‌انگیز است. انتظار می‌رود صنایع، از کشاورزی گرفته تا محاسبات کامپیوتری، از انقلاب در حال انجام علم و فناوری نانو بهره‌مند شوند.
یک دسته از موادی که به طور گسترده در مورد اثر اندازه بررسی شده‌اند، مواد فروالکتریک هستند. فروالکتریسیته خاصیت برخی مواد است که دارای قطبش الکتریکی خودبه‌خودی هستند، که این قطبش از طریق اعمال میدان‌های الکتریکی خارجی برگشت‌پذیر است. قطبش الکتریکی خودبه‌خود در فروالکتریکها به این مواد اجازه می‌دهد تا چیزی به نام رفتار خازنی منفی را از خود نشان دهند، که برخی از محققان معتقدند در آینده نحوه‌ی کوچک‌سازی قطعات الکترونیکی را متحول خواهد کرد. از سوی دیگر اما، مطالعات بسیار کمتری در مورد چگونگی تکامل ساختار و خواص در مواد آنتی‌فروالکتریک با ابعاد کاهش‌یافته انجام شده‌است.
مواد آنتی‌‌فروالکتریک مشابه مواد فروالکتریک هستند، بدین معنا که هر دو از یک آرایهی منظم (کریستال) از دوقطبی‌های الکتریکی تشکیل شده‌اند. با این حال، دوقطبی‌های مجاور در آنتی‌فروالکتریک‌ها در جهت مخالف هستند و منجر به خنثی‌شدن یک دیگر می‌شوند و در نتیجه هیچ قطبشی در مقیاس ماکرو ایجاد نمی‌شود. در مقابل، دوقطبی‌های فروالکتریک همه در یک جهت قرار می‌گیرند، که منجر به قطبش ماکروسکوپی می‌شود. یک میدان الکتریکی با قدرت کافی می‌تواند آنتی‌فروالکتریک‌ها را وادار به انتقال فاز به فاز فروالکتریک (یعنی ترتیب دوقطبی موازی) کند. این رفتار باعث می‌شود که آنتی‌فروالکتریک‌ها برای استفاده در خازن‌های با چگالی انرژی بالا مورد توجه قرار گیرند.
درک اثرات اندازه در آنتی‌فروالکتریکها امکان استفاده‌ی بهینه از آن‌ها را در قطعات الکترونیکی مینیاتوری فراهم می‌کند. بنابراین، گروهی از محققان از چندین دانشگاه و آزمایشگاه ملی در ایالات متحده‌ی آمریکا و فرانسه این اثرات را بررسی کردند و مقاله‌ی با دسترسی آزاد آن‌ها، یک کشف شگفت‌انگیز را گزارش می‌دهد.
 به طور سنتی، جمع‌آوری داده در مورد اثرات اندازه در آنتی‌فروالکتریک‌ها با توجه به نحوه‌ی ساخت لایه‌های نازک آنتی‌فروالکتریک پیچیده است. این لایه‌‌ها بر روی بسترهای تجاری موجود با ساختارهای شبکه‌ای مختلف رشد می‌کنند. عدم تطابق شبکه بین زیرلایه و لایهی نازک، آنتی‌فروالکتریک را تحت کرنش قرار می‌دهد، بنابراین جدا کردن اثرات کرنش از اثرات اندازه چالش‌برانگیز است. برای غلبه بر این چالش، راه حلی که محققان معرفی کردند، یک لایهی بافر جداشونده بین لایهی نازک سدیم نیوبات بدون سرب( NaNbo۳ )و بستر بود. این لایهی بافر اجازه می‌دهد تا فیلم پس از رشد به ضخامت مورد نظر، از بستر جدا شود. پس از جدا شدن، محققان از روش‌های تجربی مختلفی برای ارزیابی لایه‌های بدون کرنش در ضخامت‌های ۹ تا ۱۶۴ نانومتر استفاده کردند.
اندازه‌گیری‌های نوری و
واکنش پیزو نشان داد که وقتی لایه‌های NaNbo۳ نازک‌تر از ۴۰ نانومتر هستند، کاملا فروالکتریک می‌شوند. برای ضخامت‌های بالاتر از ۴۰ نانومتر، لایه‌‌ها حاوی مخلوطی از مناطق آنتی‌فروالکتریک و فروالکتریک هستند. اما اگر میدان الکتریکی کافی اعمال شود، نواحی آنتی‌فروالکتریک تحت یک انتقال غیرقابل برگشت به فروالکتریک قرار می‌گیرند و در نتیجه یک لایهی نازک کاملا فروالکتریک در ضخامت‌های تا ۱۶۴ نانومتر ایجاد می‌شود.

این نتایج غیرمنتظره محققان را بر آن داشت تا با انجام محاسبات پایه‌ای، تعیین کنند چه چیزی باعث انتقال آنتی‌فروالکتریک به فروالکتریک می‌شود. آن‌ها تعیین کردند که اثرات سطحی ،به طور خاص، نسبت c/a, علت اصلی است. نسبت c/a راهی برای توصیف شکل یک شبکه است. هر چه این نسبت بیشتر باشد، ساختار شبکه اعوجاج بیشتری دارد. هنگامی که ضخامت فیلم کاهش می‌یابد، نسبت c/a بالاتری وجود دارد و این اعوجاج ساختاری به تثبیت فاز فروالکتریک کمک می‌کند. در مقابل، یک فیلم ضخیم‌تر، دارای نسبت c/a کمتری است که به نفع فاز آنتی‌فروالکتریک است.
محققان هشدار می‌دهند که بسیاری از عوامل در محاسبات پایه‌ای در نظر گرفته نشده‌اند، مانند وجود نقص‌های ساختاری یا ناهمگنی‌ها. به این ترتیب، تطابق بین  آزمایش‌ها و تئوری باید به جای کمی، کیفی در نظر گرفته شود. آن‌ها همچنین به این احتمال اشاره می‌کنند که فاز فروالکتریک، می‌تواند نتیجهی فرآیند سنتز باشد.
در متن مقاله گزارش شده‌است: «توجه داشته باشید که فاز آنتی‌فروالکتریک
Pbcm  نسبت به فاز Pmc۲۱ فروالکتریک زمانی که NaNbo۳  تحت کرنش نیست، پایدارتر است. بنابراین، فاز فروالکتریک در NaNbo۳ رشدیافته روی بستر ۳SrTio  مطلوب‌تر است.»
 همچنین اضافه می‌کنند: «آسایش از فاز فروالکتریک تحت کرنش به فاز آنتی‌فروالکتریک بدون کرنش، مستلزم غلبه بر یک سد انرژی است. اگر بزرگی چنین سد انرژی‌ای در لایه‌های نازک به دلیل ابعاد یا اثرات سطحی افزایش یابد، لایه‌های نازک در طی فرایند لایه‌برداری می‌توانند در حالت فروالکتریک اولیه خود باقی بمانند.»

در ایمیلی، Ruijuan Xu، نویسندهی اصلی این مقاله، استادیار دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی، می‌گوید که اکنون در حال کار بر روی ساخت خازن‌های مبتنی بر لایهی نازک NaNbo۳  برای بررسی خواص الکتریکی در مقیاس ماکرو هستند. او می گوید: «ما امیدواریم که به توانایی دستکاری پایداری فاز و به‌دست‌آوردن خواص الکتریکی بهبودیافته در خازن‌های NaNbo۳  دست یابیم، که برای کاربردهای بالقوه مفید خواهد بود.» 

مقاله‌ی مرجع:
 
The open-access paper, published in Advanced Materials, is “Size-induced ferroelectricity in antiferroelectric oxide membranes” (DOI: ۱۰.۱۰۰۲/adma.۲۰۲۲۱۰۵۶۲).
 
منبع خبر:
   

ترجمه: مهندس فرزین فتوحی، دانشگاه صنعتی شریف








تبدیل ضایعات ماهی به نانوپیاز کربنی عامل‌دار شده توسط فرآیندی یک‌مرحله‌ای

 | تاریخ ارسال: 1402/7/29 | 

تبدیل ضایعات ماهی به نانوپیاز کربنی عامل‌دار شده توسط فرآیندی یک‌مرحله‌ای
 

تصویری از فرآیند پیرولیز مایکروویو یک‌ مرحله‌ای برای تبدیل فلس‌های ماهی به نانوپیاز کربنی. منبع: موسسه فناوری ناگویا، یوتیوب
 
امسال CTT بازیافت یا استفاده‌ی مجدد از مواد زائد را در صنایع مختلف از جمله تولید نیمه‌هادی، انرژی خورشیدی، انرژی باد و انرژی هسته‌ای پوشش داده‌است. امروز، بخش دیگری را در نظر می‌گیریم که با تولید زباله‌های سنگین دست و پنجه نرم می‌کند، یعنی صنعت غذا. سازمان ملل گزارش می دهد که در سراسر جهان، حدود ۱۴ درصد از مواد غذایی تولیدشده بین مراحل برداشت و خرده‌فروشی از بین می‌رود، به طور کلی تخمین زده می‌شود که ۱۷ درصد از کل تولید مواد غذایی هدر می‌رود. مواد غذایی‌ای که از بین رفته و هدر می‌روند، ۳۸ درصد از کل مصرف انرژی در سیستم غذایی جهانی را تشکیل می‌دهند.
یافتن راه‌هایی برای استفاده‌ی مجدد از ضایعات غذایی، یکی از راه‌های مبارزه با این ضرر است. به عنوان مثال، مواد زاید زیستی به دست آمده از صنعت ماهی به عنوان یک ماده‌ی اولیه‌ی جدید برای اهداف مختلف، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌است. در حال حاضر، حدود ۵۰ تا ۷۵ درصد از محصولات جانبی ماهی و غذاهای دریایی، از جمله احشاء، پوست، استخوان‌ها، فلس‌ها، گوشت، باله‌ها و پوسته‌ها، در طی فرآوری ماهی هدر می‌رود. با این حال، این محصولات جانبی منبع غنی کربن، نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن و گوگرد هستند. آنها همچنین حاوی مقدار زیادی کلاژن، پروتئین خام و آمینو اسید‌ها هستند.
محققان، مواد سرامیکی پیشرفتهی با ارزشی را از این محصولات جانبی به دست آورده‌اند، به عنوان مثال، بیوسرامیک‌های فسفات کلسیم از ضایعات استخوان ماهی سالمون. اکنون، در یک مطالعه اخیر، محققان موسسه فناوری ناگویا در ژاپن، نانو پیازهای کربنی با بلورینگی بالا (CNOs) را با استفاده از پیرولیز مایکروویو یک‌مرحله‌ای فلس‌های ماهی سیاه تولید کردند.
CNO ها یک نانوساختار جدید کربن هستند، متشکل از فولرن‌ها و نانولوله‌های چندجداره که ساختار متحدالمرکزی از پوسته‌های کروی را تشکیل می‌دهند. لایه‌های گرافیتی در ساختار از عیوب و حفره‌های زیادی تشکیل شده‌اند که می‌توان آن‌ها را با اتم‌ها یا مولکول‌های دیگر پر کرد تا به مواد خواص متفاوتی بدهد. به دلیل این تطبیق‌پذیری، CNO ها در طیف وسیعی از کاربردها، از جمله الکترونیک، فتوولتائیک، کاتالیزور و تشخیص‌های زیست پزشکی، پتانسیل بالایی از خود نشان می‌دهند.
اولین روش سنتز در مقیاس بزرگ برای CNO ها بیش از یک دهه پس از اینکه CNO ها برای اولین بار در سال ۱۹۸۰ به عنوان محصول جانبی ساخت کربن سیاه کشف شدند، توسعه یافت. این روش شامل بازپخت یک پیش ماده‌ی نانوالماس تحت خلاء در دمای بالا (۱۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد تا ۲۰۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) بود. اگرچه این روش به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت، اما پراکندگی CNO حاصل با این روش در حلال‌های مختلف از نظر قطبیت، یکی از چالش‌های پیش رو است. سایر روش‌های ساخت CNO عبارتند از تخلیه‌ی قوس (Arc discharge)، رسوب بخار شیمیایی (Chemical vapor deposition)، کاشت یون (Ion implantation)، کند و سوز لیزری (Laser ablation) و پیرولیز حرارتی فاز مایع (Liquid phase-thermal pyrolysis). مشکل این  روش‌ها، علاوه بر نیاز به دماهای بالا این است که بسیاری از آن‌ها به منابع کربنی پرهزینه، کاتالیزورهای اضافی، اسیدها یا بازهای خطرناک و عملیات‌های ثانویه برای بهبود خواص نیاز دارند. از مشکلات دیگر می‌توان به آلودگی و بلورینگی کم اشاره کرد.
فرآیند سنتز یک‌مرحله‌ای جدید محققان ناگویا، با بهره‌گیری از ترکیب خاص فلس ماهی، از بسیاری از این مشکلات جلوگیری می‌کند. پس از یک فرآیند تمیزکردن پیچیده برای حذف چربی، رنگ و کلسیم ناخواسته، فلس‌های ماهی با استفاده از فرکانس‌های مشابه مایکروویوهای خانگی معمولی در عرض ۱۰ ثانیه به CNO تبدیل می‌شوند. این نرخ تبدیل سریع به کلاژن موجود در فلس ماهی نسبت داده می‌شود که امواج مایکروویو را به سرعت جذب می‌کند و منجر به افزایش بسیار سریع دما می‌شود. این فرآیند علاوه بر تولید CNO با بلورینگی بسیار بالا، باعث می‌شود که سطح CNO به طور انتخابی و کامل با گروه‌های (-COOH) و (-OH) عامل‌دار شود. هنگامی که سطح CNO عامل‌دار نشده‌است، نانوساختارها تمایل دارند به هم بچسبند و پراکندگی آن‌ها در حلال‌ها را دشوار می‌کند. با این حال، از آنجایی که فرآیند سنتز پیشنهادی  CNOهای عامل‌دار را تولید می‌کند، امکان پراکندگی عالی در حلال‌های مختلف را فراهم می‌کند. از مزایای دیگر عامل‌دارشدن و بلورینگی بالا، خواص نوری استثنایی است. CNO مشتق‌شده از ضایعات، فوتولومینسانس قابل مشاهده با عرض انتشار باریک کمتر از ۹۰ نانومتر و بازده کوانتومی بسیار عالی ۴۰٪ (یعنی احتمال فلورسانس یا فسفرسانس یک مولکول) را نشان داد. این بازده ۱۰ برابر بیشتر از CNO های موجود است که به طور معمول با استفاده از روش‌های پیچیده‌تر تهیه می‌شوند.
برای نمایش برخی از کاربردهای عملی متعدد CNO های تولید‌شده، محققان از یک فرآیند ساده‌ی ریخته‌گری نواری سه‌مرحله‌ای برای ایجاد یک فیلم انعطاف‌پذیر استفاده کردند که نور آبی ساطع می‌کرد. انتشار درخشنده‌ی حالت جامد تحت تابش فرابنفش حتی در غلظت‌های کم CNOها (۲ میلی‌گرم در میلی‌لیتر) رخ داد. سپس فیلم را به یک LED تبدیل کردند که هنوز نور آبی از خود ساطع می‌کرد که به CNO های فعال نسبت داده می‌شد.
در مقاله‌ای در مجله Cosmos، تاکاشی شیرای، دانشیار مؤسسه فناوری ناگویا، نتیجه‌گیری می‌کند: «این یافته‌ها راه‌های جدیدی را برای توسعه نمایشگرهای نسل بعدی و نورپردازی حالت جامد باز خواهند کرد.»

مقاله‌ی مرجع:
The paper, published in Green Chemistry, is “Fabrication of ultra-bright carbon nano-onions via a one-step microwave pyrolysis of fish scale waste in seconds” (DOI: ۱۰.۱۰۳۹/D۱GC۰۴۷۸۵J).
منبع خبر:


ترجمه: مهندس فرزین فتوحی، دانشگاه صنعتی شریف



 

در جست‌وجوی استحکام: آیا اندازه‌‌دانه‌ی یکنواخت خواص کاربیدهای سیمانی چاپ شده با پرینت سه بعدی را بهبود می‌بخشد؟

 | تاریخ ارسال: 1402/7/15 | 
 
در جست‌وجوی استحکام: آیا اندازه‌‌دانه‌ی یکنواخت خواص کاربیدهای سیمانی چاپ شده با پرینت سه بعدی را بهبود می‌بخشد؟
 
بهبود سرعت، کاهش هزینه و انرژی مصرفی فرآیند ساخت، برای تولیدکنندگان، به‌ویژه موارد مرتبط با مواد سخت مانند کاربیدهای سیمانی، اهمیت ویژه‌ای دارد.
کاربیدهای سیمانی، کامپوزیت‌هایی با زمینهی فلزی هستند که به دلیل سختی، مقاومت در برابر سایش و استحکام شکست بالا، به طور گسترده به عنوان مواد ابزار برش استفاده می‌شوند. یکی از انواع اصلی کاربیدهای سیمانی مورد استفاده،کاربید تنگستن-کبالت سیمانی است، که در آن کبالت فاز سیمان بین دانه‌های کاربید تنگستن است. قطعات کاربید سیمانی به طور سنتی از طریق فرآیندهای ماشینکاری تفریقی شکل می‌گیرند، اما به دلیل سختی بالای مواد، اجرای این فرایند‌ها دشوار است. به همین دلیل، در سال‌های اخیر، محققان در ابعاد دولتی، صنعتی و دانشگاهی در حال بررسی استفاده از فرآیندهای ساخت افزایشی برای تولید قطعات کاربید سیمانی هستند.
بعضی از این روش‌ها حتی به مرحله‌ی تجاری نیز رسیده‌اند، به عنوان مثال در آوریل سال ۲۰۲۲، شرکت چند‌ملیتی (Sandvik) واقع در کشور سوئد از کاربید‌های سیمانی با قابلیت تولید به روش پرینت سه‌بعدی رونمایی کرد.

 

تصویری از قطعه‌ی کاربید سیمانی تولید شده به روش پرینت سه‌بعدی توسط شرکت (Sandvik)

تکنیک پاشش چسب (Binder Jetting) یکی از روش‌های اصلی ساخت افزایشی برای تولید قطعات کاربید سیمانی است. در این روش، عامل چسب مایع به طور انتخابی رسوب داده می‌شود تا پودر‌ها را به یک دیگر متصل کند و از این طریق یک قطعه‌ی سه‌بعدی شکل می‌گیرد. در مرحله‌ی بعد، به منظور بهبود استحکام، قطعه‌ی پرینت‌شده تحت عملیات پخت قرار می‌گیرد و در نهایت با تکنیک‌های برگرفته‌شده از متالورژی پودر، فرایند‌های بایندرزدایی و زینتر روی قطعه اعمال می‌شود.
اندازه‌‌دانه‌ی کاربید‌های سیمانی یک ویژگی مهم است که باید در حین فرایند پرینت سه‌بعدی مورد توجه واقع شود. در پژوهشی که اخیرا صورت گرفته‌است، محققان شرکت (Global Tungsten & Powders Corp) توضیح می‌دهند که طبق مطالعات انجام‌شده، در حالی که قطعات کاربید سیمانی با ریزساختار دانه‌ای دوگانه، سختی خوب و مقاومت در برابر سایش بالا را نشان می‌دهند، اما این قطعات در مقایسه با کاربیدهای سیمانی تولیدشده معمولی با اندازه‌دانه یکنواخت، استحکام گسیختگی عرضی کمتری دارند. با توجه به این نتایج، محققان قطعات تولید‌شده به روش پرینت سه‌بعدی با اندازه‌‌دانه‌ی یکنواخت را به منظور تجزیه‌ و تحلیل اثر یکنواختی اندازه‌دانه بر خواص، بررسی‌کردند. آن‌ها از پودرهای کاربید تنگستن-کبالت کروی پیش آلیاژ شده با ۱۰ و ۱۲ درصد وزنی کبالت برای ایجاد قطعات کاربید سیمانی استفاده کردند. بایندر مورد استفاده در فرآیند پرینت دی اتیلن گلیکول مونو اتیل اتر مبتنی بر آب بود که توسط شرکت (ExOne Inc) فراهم شده‌بود. پس از پرینت، قطعات با حرارت‌دادن تا دمای ۲۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد در هوا پخته شدند. سپس بایندر زدایی شدند و در نهایت در حضور فشار خارجی که توسط گاز آرگون اعمال می‌شد زینتر شدند.
خواص سایشی نمونه‌های زینترشده با استفاده از روش‌های تست ASTM B۶۱۱ (سایش بیشتر) و ASTM G۶۵ (سایش کمتر) تعیین شد. ASTM B۶۱۱ شامل فشاردادن یک ماده‌ی ساینده (در این مورد آلومینا) بر روی نمونه‌ی آزمایشی با چرخ فولادی است. ASTM G۶۵ شامل فشاردادن ماسه خشک (سیلیکا) بر روی نمونه‌ی آزمایشی با چرخ لاستیکی است. نتایج آزمایش نشان داد که سختی، چقرمگی شکست و مقاومت در برابر سایش کاربیدهای سیمانی پرینت سه بعدی، با قطعات تولید شده‌ی معمولی تطابق دارد. با این حال، استحکام گسیختگی عرضی گزارش‌شده، در حدود کران پایین بازه‌ی استحکام گسیختگی عرضی نمونه‌های تولید شده به روش معمولی باقی ماند.
علیرغم نتیجهی نامطلوب در مورد استحکام گسیختگی عرضی، محققان همچنان این آزمایش را موفقیت آمیز می‌دانستند:
«پودرهای جدید قابلیت پرینت و زینتر عالی و همچنین استحکام خوبی را پس از پخت نشان دادند. بنابراین این قطعات نشان‌دهنده‌ی مزایای ارائه شده توسط BJ۳DP (چاپ سه بعدی پاشش چسب) هستند.»

مقاله مرجع:
International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Coarse cemented carbide produced via binder jetting ۳D printing” (DOI: ۱۰.۱۰۱۶/j.ijrmhm.۲۰۲۲.۱۰۶۰۱۶).
منبع:                                

ترجمه: مهندس فرزین فتوحی، دانشگاه صنعتی شریف

 

مدلسازی فراگیر ما را به سمت زیرکونیای حافظه‌دار جدید با خواص همتا با آلیاژهای حافظه‌دار می‌برد

 | تاریخ ارسال: 1402/7/3 | 


مدلسازی فراگیر ما را به سمت زیرکونیای حافظه‌دار جدید با خواص همتا با آلیاژهای حافظه‌دار می‌برد
 
دیاگرام‌ها نمایانگر دو ساختار اتمی متفاوت از یک زیرکونیای حافظه‌دار جدید هستند. یک عامل خارجی مثل تغییر دما می‌تواند باعث انتقال بین دو حالت بالا باشد

با اینکه سرامیک‌ها همواره به‌طور سنتی به‌سختی خود معروف بوده‌اند، این سختی به قیمت چقرمگی شکست پایین آن‌ها تمام‌شده است. همان پیوندهای بین‌اتمی که باعث استحکام سرامیک‌هاست باعث می‌شوند سرامیک‌ها تغییر فرم پلاستیک را مانند فلزات و مواد پلاستیکی تجربه نکنند.
در دهه‌های اخیر محققین به‌صورت فعال روش‌هایی برای غلبه بر تردی سرامیک‌ها و در عین حال حفظ استحکام و مقاومت شیمیایی و حرارت آن‌ها بدست آورده‌اند. توسعه فناوری سرامیک‌های حافظه‌دار هم یکی از نمونه‌های بسیار مفید همین تحقیقات بوده است.
مواد حافظه‌دار موادی هستند که می‌توانند شکل درونی خود را تحت تأثیر شرایط خارجی مثل دما، نور، رطوبت، اسیدیته و یا حتی الکتریسیته بازیابی کنند. آلیاژهای فلزی اولین مواد شناخته‌شده بودند که این خاصیت حافظه‌دار بودن را از خود نشان دادند. محققین تاکنون بسیاری از مواد حافظه‌دار پلیمری و پلیمری کامپوزیتی را نیز شناسایی کرده‌اند. خاصیت حافظه‌دار بودن براساس ماده‌ای تعریف می‌شود که تحت تأثیر یک تغییر فاز با اعمال تغییرات خارجی قرار می‌گیرد. درمورد مواد حافظه‌دار پلیمری، با توجه به شبکه‌های الاستیسیته درونی آن‌ها، تغییر فاز بین حالت سفت و نرم می‌تواند توسط ابزارهای مختلفی ایجاد شود. درمورد آلیاژهای حافظه‌دار این حالت براساس ماده‌ای با دو ساختار کریستالی پایدار تعریف می‌شود. یکی فاز دما بالای آستنیتی و دیگری فاز دما پایین مارتنزیتی.
سرامیک‌ها هم مثل آلیاژها دارای ساختار کریستالی متفاوت در فازهای حالت‌جامد مختلف خود هستند. این شباهت بین آلیاژها و سرامیک‌ها علی‌الخصوص سرامیک‌های پایه زیرکونیا منجر به موفقیت در توسعه سرامیک‌های حافظه‌دار توسط اعمال استراتژی مشابه آلیاژها در آن‌ها شده است.
برای مثال وقتی آلیاژها و سرامیک‌ها تحت تأثیر تغییر فاز از یک‌فاز جامد به فاز دیگر قرار می‌گیرند یک‌لایه میانی دارای تنش که باعث جدا شدن دو فاز می‌شود به وجود می‌آید. این کرنش در شبکه کریستالی می‌تواند باعث شکست پیوند به‌صورت مخرب در شبکه شود. برای کاهش این کرنش محققین تلاش می‌کنند که از طریقی سازگاری هندسی فازهای مختلف را بهبود بخشند مثل دوپ کردن. در نتیجه کرنش بین قسمت تغییر فاز یافته و قسمت تغییر فاز نیافته‌ی زمینه کاهش می یابد. این دستاورد برای بهبود فرایند تغییر فاز در فلزات بسیار مفید بوده است. برخی آلیاژهای حافظه‌دار می‌توانند تحت تأثیر میلیون‌ها چرخه تبدیل فاز قرار گیرند بدون اینکه دچار شکست شوند. با این حال حتی وقتی سازگاری هندسی یک سرامیک حافظه‌دار بهبود پیدا می‌کند بازهم معمولاً پس از تنها چند هزار چرخه تغییر فاز دچار ترک می‌شود و یا حتی در صورت استفاده از عناصر دوپ کننده اشتباه دچار نتایج انفجاری شود.
در مقاله جدید محققین از مرکز تکنولوژی ماساچوست با کمک مدلسازی چندحالته توانسته‌اند پایداری سرامیک‌های حافظه‌دار را بهبود ببخشند. آن‌طور که در این مقاله توضیح داده‌شده است سازگاری ساختار شبکه به‌تنهایی بیانگر موفقیت در تغییر فاز نیست بلکه عوامل دیگری مثل اصطکاک در قسمت متحرک نیز نقش بسیار اساسی دارد.
درنتیجه آن‌ها مهندسی شبکه‌ی قدیمی و سنتی را توسط ابزارهای مدرن متعددی بهبود و گسترش دادند. ابزارهایی مثل محاسبات ترمودینامیکی، فیزیک تغییر فاز، محاسبات کریستالوگرافی و استفاده از ماشین لرنینگ. این مدلسازی چند حالته باعث شد ترکیب جدید زیرکونیایی (ZrO۲–TiO۲–[AlO۱.۵– CrO۱.۵]) بدست آید که خواصی همپا با برخی از آلیاژهای حافظه‌دار را به نمایش گذاشت.
به‌عنوان مثال این زیرکونیای حافظه‌دار مقادیر هیسترزیس پایین در حد  k۱۵ (هیسترزیس به اختلاف دمای بین گرم کردن و سرد کردن مربوط می‌شود) را ثبت کرد. این یعنی ده برابر کمتر از هیسترزیس حالت عادی و تقریباً ۵ برابر کمتر از بهترین رکوردهای ثبت‌شده تا الان. ثبت این مقدار هیسترزیس پایین در نمونه‌ای که به‌طور کامل از حالت مونوکلینیک و تتراگونال خود عبور کرد نیز مشاهده‌شده بود که بیانگر موفقیت در کاهش عدم انطباق حجمی در ساختار بوده است‌.
بعلاوه اندازه‌گیری‌های مربوط به پارامتر شبکه نشان می‌دهد که زیرکونیا حین تغییر فاز تحت تأثیر کرنش‌هایی در حد ۱۰ درصد با هیسترزیس پایین بوده است. این نشان می‌دهد که هیسترزیس بهبودیافته تنها با کاهش کرنش تغییر فاز بدست نمی‌آید بلکه توسط ایجاد سازگاری و هماهنگی هندسی بیشتر قابل حصول است.
در مقاله یادآوری شده است که کشف زیرکونیای جدید حافظه‌دار تنها با ایجاد تغییرات شیمیایی صورت گرفته و با حفظ ثبات در شرایط فرایند همراه بوده است و با توجه به اینکه هیسترزیس می‌تواند متأثر از شرایط فرایند هم باشد، ترکیب بهینه‌ی بدست آمده در صورت بهینه‌سازی شرایط فرایند می‌تواند کاهش شدیدتر مقادیر هیسترزیس را هم به دنبال داشته باشد.
این یک پتانسیل خیلی خوب برای کاربردهای سرامیک‌های حافظه‌دار می‌تواند باشد. کاربردهایی مثل محرک‌هایی که جریان هوا را به‌طور مستقیم به داخل موتور جت می‌فرستند. همانطور که MIT گزارش می‌کند: وقتی محیط بسیار داغ است کانال‌های متعدد جریان هوا توسط یک سرامیک حافظه‌دار هوای داغ یا سرد را به داخل دستگاه هدایت می‌کنند.
محققین تصمیم دارند با پیدا کردن روش‌های نوین برای تولید این سرامیک‌ها با مقیاس بالاتر و اشکال پیچیده‌تر و درعین‌حال ارزیابی آن‌ها از نظر پایداری تحمل چرخه‌های متعدد تغییر فاز به کشف و توسعه این مواد جدید ادامه دهند.

 
مقاله مرجع:
The paper, published in Nature, is “Low-hysteresis shape-memory ceramics designed by multimode modelling” (DOI: ۱۰.۱۰۳۸/s۴۱۵۸۶-۰۲۲-۰۵۲۱۰-۱).
منبع:                                


ترجمه: مهندس نازنین فرمانی، دانشگاه علم و صنعت ایران


 

 

معرفی روشی نوین برای تولید سیم، میله و لوله‌های نانو بور با کمک لیزر در دماهای بالا

 | تاریخ ارسال: 1402/6/5 | 


معرفی روشی نوین برای تولید سیم، میله و لوله‌های نانو بور با کمک لیزر در دماهای بالا



تصاویر رسم‌شده از انواع نانومواد بور صفر، یک و دو بعدی، مانند: نانوکلاستر‌ها، نانوسیم‌ها، نانولوله‌ها، نانوتسمه‌ها، نانوروبان‌ها و نانوصفحات. (مرجع: کندو، علم و تکنولوژی مواد پیشرفته)
 
در دنیای نانومواد دوبعدی، نانوساختارهای کربنی منحصر به فرد هستند زیرا بسیاری از نانوسیستم‌های پیشرفتهی دیگر، ترکیبات چند عنصری هستند (مانند نیترید بور شش‌ضلعی و مکسین‌ها). کربن به طور طبیعی و به هنگام اتصال به خود در ساختارهای صاف و لایه‌ای شکل می‌گیرد. این موضوع امکان توسعه‌ی آسان ورقه‌های آزاد و بادوام کربنی را فراهم می‌کند. در مقابل، سایر سیستم‌های تک عنصری، مانند سیلیسین (سیلیکون دوبعدی) و فسفرن (فسفر دوبعدی)، ترجیح می‌دهند به شکل کمانش یا موجدار باند شوند، که برای توسعه‌ی ورق‌های پایدار مناسب نیست.
با وجود ضعف در پایداری مکانیکی، این دسته از نانومواد با خواص ویژه‌ای که دارند، توجهات بسیاری را به خود جلب‌ کرده‌اند. به عنوان مثال، بور دارای ویژگی طبیعی و منحصر به فرد کمبود الکترون است که به آن اجازه می‌دهد تا پیکربندی‌های ساختاری پیچیده‌ای داشته باشد. به این ترتیب، بور تحرک ساختاری بسیار بیشتری نسبت به کربن ارائه می‌کند، که محققان انتظار دارند سازگاری آن با دستگاه‌ها و کاربردهای مختلف را ساده‌تر کند. (در حالی که تصور ساختارهای مسطح‌تر با بور امکان‌پذیر است، اغلب منجر به پیوندهای آویزان می‌شود که بور دوبعدی را مستعد اکسیدشدن سریع در هوا می‌کند. از سوی دیگر، محققان نشان‌ داده‌اند که تشکیل شبکه‌های متشکل از پیکربندی‌های ساختاری متعدد می‌تواند به نانومواد بسیار پایدار منجر شود.)
مانند نانومواد کربنی، نانومواد بور معمولاً از طریق روش‌هایی مانند رسوب شیمیایی بخار (CVD)، سنتز تخلیه قوس الکتریکی (Arc-discharge synthesis) و آسیاب بال‌میل (Ball milling) تشکیل می‌شوند. با این حال، در دهه‌ی گذشته، اکتشافات محاسباتی و شبیه‌سازی شده نانومواد بور بر مطالعات تجربی غالب شده است، به این معنی که چنین موادی هنوز تا معرفی تجاری فاصله‌ی زیادی دارند.
در مقاله‌ای که با دسترسی آزاد اخیرا منتشر شد، گروهی بین‌المللی از محققان به رهبری دانشگاه کوازولو-ناتال در آفریقای جنوبی نشان‌ دادند که روشی را که قبلاً برای سنتز نانومیله‌های دی سولفید مولیبدن به کار می‌بردند "کندوسوز لیزر دو پالسی" (double-pulse laser ablation) می‌تواند برای سنتز نانومواد بور نیز استفاده شود.
کندوسوز لیزری نوعی رسوب فیزیکی بخار (PVD) است. در این روش از پرتو لیزر برای تبخیر سطح یک ماده جامد استفاده می‌شود. اتم‌ها و کلاستر‌های حاصل، که توسط فوتون‌ها در پالس لیزر انرژی می‌گیرند، یک ستون پلاسما را تشکیل می‌دهند که به سمت بیرون منبسط می‌شود و نانوذرات را روی یک بستر رسوب می‌دهد.
کنترل توزیع اندازه‌‌دانه، تراکم و ساختار کریستالی در فرآیند فرسایش لیزری معمولی دشوار است. خوشبختانه، تکنیک‌های لیزری پیشرفته مانند کندوسوز لیزر دو پالسی، می‌تواند کنترل مورفولوژی را بهبود بخشد.
 


شماتیک تشکیل نانوذرات از طریق روش سنتز " کندوسوز لیزری"
 (مرجع: Kim et al.KONA Powder and Particle Journal (CC BY ۴.۰)

در این مطالعه‌ی جدید، محققان از پالس های لیزری با طول موج های ۱۰۶۴ و ۵۳۲ نانومتر، با نرخ تکرار پالس ۱۰ هرتز و از گاز آرگون برای کندکردن انبساط ستون قطع شده با لیزر و کمک به حمل نانومواد تشکیل‌شده به پشت لوله‌ی کوارتز که آزمایش در آن انجام شد، استفاده کردند.
مشاهده‌شد که شرایط ترمودینامیکی بر نوع نانوساختار بور تأثیرگذار است. آزمایش‌هایی در ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد، ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد و ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد و به ترتیب نانومیله‌های بور، نانوسیم‌های بور و نانولوله‌های بور مانند بامبو را تشکیل دادند.
تجزیه و تحلیل مورفولوژی میله، سیم، و لوله ساختارهایی با قطر جانبی بین ۱۰-۱۰۰ نانومتر و با طول های ۰.۲-۱.۵ میکرومتر را نشان داد. تمام این نانوساختار‌ها خواص الکتریکی و نوری بهتری را نسبت به بالک بور مرجع از خود نشان دادند.
نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که «تکنیک کندوسوز لیزری، هنگامی که با یک کوره‌ی لوله‌ای با دمای بالا ترکیب می‌شود، روشی منحصر به فرد برای تولید نانومواد جدید است».


مقاله مرجع:
physica status solidi (a) – applications and materials science, is “High temperature laser assisted synthesis of boron nanorods, nanowires and bamboo-like nanotubes” (DOI: ۱۰.۱۰۰۲/pssa.۲۰۲۲۰۰۴۶۴).
منبع:                                

 
ترجمه: مهندس فرزین فتوحی، دانشگاه صنعتی شریف


مقدمه ای بر "توپولوژی شیشه و هوش مصنوعی" برای شیشه: قبل و بعد

 | تاریخ ارسال: 1402/5/29 | 


مقدمه ای بر "توپولوژی شیشه و هوش مصنوعی" برای شیشه: قبل و بعد


شماتیک شبکه های شیشه ای که (الف) نظم توپولوژیکی و (ب) اختلال توپولوژیکی را نشان می دهند. Gupta, Journal of the American Ceramic Society

موضوع این ماه از سری مقالات شیشه: قبل و بعد، توپولوژی شیشه و هوش مصنوعی، در مورد شبیه سازی دینامیک مولکولی است. هر دو توپولوژی و MD (Molecular Dynamics) روش های مدلسازی هستند که در بیان ساختار شیشه ها و طراحی ترکیبات برای هدف ویژگی های با عملکرد خاص کمک کرده اند.
در حالی که دینامیک مولکولی از پتانسیل های بین اتمی برای رسیدن به مشاهدات ساختاری بهره می برد، این روش به زمان و قدرت محاسباتی قابل توجهی برای هر تکرار نیاز دارد. در حال حاضر این امر کارایی آن را برای مطالات ترکیبی و پیش بینی خواص محدود می کند.
W.H. Zachariasen در دانشگاه شیکاگو در مقاله ی سال ۱۹۳۲ خود، یک مدل از ساختار شیشه ارائه کرد که از آن زمان توسط تعدادی از دانشمندان در "تئوری محدودیت توپولوژی" توسعه یافته است. این مدل شامل یک چندوجهی از آرایش اتمی (نظم دامنه کوتاه) است که به صورت تصادفی بر اساس برخی محدودیت های توپولوژیکی (اتصال هندسی) متصل شده اند. که امکان تشکیل شبکه ای با بی نظمی دامنه بلند را فراهم می کند. محدودیت های توپولوژیکی بر اساس هندسه ممکن پیوندهای بین دو اتم و زوایای پیوندی بین سه اتم پیوندی است. محدودیت پیوندها با درجات آزادی حرکت اتمی مقایسه می شود. زمانی که این دو در تعادل باشند شیشه ها تشکیل می شوند. همچنین زمانیکه درجه آزادی حرکت خیلی زیاد یا خیلی کم باشد، سیستم می تواند متبلور شود.

 
 
شکل محدودیت های شیشه های سلنیوم ژرمانیم، (a) کشش پیوند و (b) خمش پیوند.
John C. Mauro, ACerS Bulletin

امکانات ساختاری برای محدودیت های چندوجهی به همراه وابستگی های دمایی آنها اغلب با تکنیک هایی مانند تشدید مغناطیسی هسته ای مشخص می شود. دینامیک مولکولی اغلب در غیاب چنین اندازه گیری هایی مورد استفاده قرار می گیرد.
Mathieu Bauchy، دانشیار مهندسی عمران و محیط زیست در دانشگاه کالیفرنیا پیشرو در زمینه نظریه محدودیت توپولوژیکی و هوش مصنوعی است. وی در حال تدریس دوره آنلاین ACerS در زمینه یادگیری ماشین برای مهندسی و علم شیشه است که در ۱۷-۱۹ اکتبر ۲۰۲۳ قابل دسترسی خواهد بود.
اطلاعات زیر از مقاله اخیر Bauchy با عنوان "مدل تحلیل توپولوژی شبکه و صلبیت شیشه های آلومینوسیلیکات کلسیم" انتخاب شده است که تکنیک و کاربرد آن را برای سیستم شیشه آلومینو سیلیکات کلسیم توصیف می کند. مرجع بینظیر دیگر برای فهم تئوری محدودیت توپولوژیکی "تئوری محدودیت توپولوژیکی شیشه ها" نوشته ی John C. Mauro است. ACerS Bulletin, May ۲۰۱۱ ساختار و خواص سیستم سه جزئی آلومینو سیلیکات کلسیم (CAS) به صورت گسترده ای از آزمایشگاهی تا شبیه سازی های اتمی و یادگیری ماشین مورد مطالعه قرار گرفته است. به دلیل استوکیومتری CAS و سایر شیشه های اکسیدی و قابلیت تنظیم مداوم آن یک فرصت بسیار بزرگی برای شناسایی ترکیبات شیشه ی جدید با ویژگی ها و عملکرد مطلوب وجود دارد. با این حال وسعت فضای ترکیبی در دسترس، رویکردهای سنتی کشف مواد (به عنوان مثال، :آزمون خطا" ادیسونی) را ناکارآمد می کند.
برای این منظور، تئوری محدودیت توپولوژیکی (TCT) به عنوان یک عامل کلیدی برای توسعه مدل های پیش بینی است که ترکیب و ساختار شیشه ها را به خواص آن ها مرتبط می کند. مدل های مختلف مبتنی بر TCT در دهه های گذشته برای پیش بینی توانایی شکل دهی شیشه، دمای انتقال شیشه، شکنندگی مایع، سختی، سفتی، سرعت انحلال و ... پیشنهاد شده اند. موفقیت TCT به دلیل این حقیقت است که بسیاری از خواص ماکروسکوپیک مواد بی نظم در درجه اول به توپولوژی ساختار اتمی وابستگی دارد، در حالیکه سایر جزئیات ساختاری فقط یک اثر مرتبه دوم دارند. به این ترتیب، TCT شبکه های اتمی بی نظم پیچیده تری را به بخش های ساختاری ساده تری کاهش می دهد که در آن ها برخی گره ها (اتم ها) توسط برخی محدودیت های توپولوژیکی (پیوندهای شیمیایی)  به یکدیگر متصل می شوند.
در شیشه های ساختاری، محدودیت های توپولوژیکی شامل محدودیت های کشش پیوند دو بدنه شعاعی و خمش باند سه بدنه زاویه ای است. سپس تعداد محدودکننده ها به ازای هر اتم یک متریک ساده و با ابعاد کاهش یافته ارائه می دهد که اغلب با خواص ماکروسکوپی مرتبط است.
نکته ی مهم این است که پیش بینی ها برطبق TCT دانش دقیق ساختار شیشه و اتصال تکیه می کند که کلیدی برای شمارش تعداد محدودیت های کشش پیوند و خمش پیوند ایجاد شده توسط هر نوع اتم در شبکه شیشه است. این یک چالش است زیرا ساختار موضعی شیشه ها (و از اینرو تعداد محدودیت ها) به عنوان تابعی از ترکیب تغییر می کند. برای مثال، شیشه های CAS تعداد زیادی از پیچیدگی های ساختاری را نشان میدهد، مثلا اتم های آلومینیوم اورکوئوردینه شده، واحدهای اکسیژن سه گانه، اجزای اکسیژن آزاد، محیط های مختلف کلسیم و ... . همه این ویژگی‌ها بر شمارش محدودیت‌ها تأثیر می‌گذارند و از این رو، باید در مدل‌های توپولوژیکی قوی در نظر گرفته شوند. اگرچه چنین اطلاعاتی می‌تواند توسط شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD) یک ترکیب در یک زمان قابل دسترسی باشد، انجام شبیه‌سازی‌های MD در حوزه‌های ترکیبی بزرگ با توجه به هزینه محاسباتی بالای آنها عملی نیست.
به علاوه مدل های گسسته (به عنوان مثال تکیه بر تعداد محدود و گسسته شبیه سازی های MD) قابل تمایز نیستند، یعنی امکان محاسبه مشتق تعداد محدودیت های هر اتم را با توجه به ترکیب نمی دهند. این امر از از استفاده از روش های بهینه سازی <<طراحی معکوس>> مبتنی بر گرادیان (به عنوان مثال تعیین دقیق شیشه هایی با حداقل، حداکثر یا استحکام متناسب) جلوگیری می کند.
در اینجا برای پرداختن به این چالش ها یک مدل کاملا تحلیلی را ارائه میکنیم که توپولوژی شبکه شیشه های (CAS)۱-x-y  (CaO)x(Al۲O۳)y(SiO۲) را در کل دامنه سه گانه توصیف می کند. این مدل توسط برخی شبیه سازی های کلاسیک MD گزارش و تایید می شوند اما مهم تر از همه مسیری برای پیش بینی مداوم خواص شیشه های CAS به عنوان تابعی از ترکیبات آن ها بدون نیاز به هرگونه شبیه سازی سیستماتیک MD ارائه می دهد.




منبع:                                 
https://ceramics.org/ceramic-tech-today/acers-news/introduction-to-glass-topology-and-artificial-intelligence-for-glass-then-and-now

 
ترجمه: حسین شهوری، دانشگاه صنعتی شریف


 

اکتشافات نوپا: قالب گیری تزریقی ممکن است راهی را برای تولید سرامیک های شفاف ارائه دهد

 | تاریخ ارسال: 1402/5/7 | 



اکتشافات نوپا: قالب گیری تزریقی ممکن است راهی را برای تولید سرامیک های شفاف ارائه دهد



مثالی از سرامیک شفاف شکل داده شده به روش قالب گیری تزریقی است که به شکل چرخ دنده درآمده.
اسکیل بار: ۵ میلی متر. Mader et al., Advanced Science (CC BY ۴.۰)

از زمان کشف سرامیک ها در دهه ی ۱۹۹۰، سرامیک های پلی کریستال که به درستی در کنار یکدیگر قرار گرفته باشند می توانند از نظر اپتیکی شفاف باشند. اصطلاحا "سرامیک های شفاف" امروزه پایه ی اصلی بسیاری از لیزرهای تجاری هستند.
با این حال، دستیابی به شرایط مطلوب شفافیت برای کریستال ها، در عمل سخت تر از گفتن آن است. پایداری عالی مکانیکی، حرارتی و شیمیایی سرامیک ها، ساختاردهی آنها را به طور ذاتی چالش برانگیز می کند.
در حال حاضر، ساخت سرامیک های شفاف همچون اسپینل آلومینات منیزیم به طور معمول با ریخته گری پودر از محلول پایه آب یا متراکم کردن پودر خام و به دنبال آن فرایند زینترینگ انجام می شود. این رویکرد فقط قادر به تولید هندسه های ساده است. ساختارهای پیچیده تر نیازمند فرایندهای زمان­بر و پساتولید همچون سنگ زنی، پرداخت کاری یا اچ می باشد. برخی مطالعات در زمینه ساخت افزایشی سرامیک های شفاف انجام شده است اما این روش ها برای تولید انبوه مناسب نیستند.
قالب گیری تزریقی پودر یک روش شناخته شده برای ساخت اجزای معدنی کوچک، با شکل پیچیده می باشد که می تواند برای ساخت سرامیک های شفاف مفید باشد. این روش با مخلوط کردن پودرهای فلزی یا سرامیکی با بایندرهای پلیمری و تزریق مخلوط حرارت داده شده تحت فشار به داخل حفره قالب انجام میگیرد که در ادامه خنک شده و خارج می گردد. سپس ترکیب برای حذف بایندرهای پلیمری و رسیدن به دانسیته ی نهایی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد.
اخیرا در مقاله ای با دسترسی آزاد، محققان آلمانی نشان دادند که سرامیک های اسپینل آلومینات منیزیم شفاف را میتوان با استفاده از ماشین های قالب گیری تزریقی شکل داد. محققانی از دانشگاه Albert Ludwig در فرایبورگ و همکارانی از موسسه فناوری Karlsruhe در مقاله خود یک فرایند بایندرزدایی دو مرحله ای و زینتریگ و درنهایت فشار ایزواستاتیک برای دستیابی به دانسیته ی بالای سرامیک های شفاف خود توصیف کرده اند. لازم به ذکر است که هیچ ماده ی کمک زینتری استفاده نشد زیرا بارها نشان داده شده است که دوپنت ها میتوانند بر خواص نهایی سرامیک های شفاف اثر بگذارند.


سرامیک های اسپینل آلومینات منیزیم که قالبگری تزریقی شده اند. اسکیل بار: ۱۰ میلی متر.
Mader et al., Advanced Science (CC BY ۴.۰)
بدون انجام هیچ فرایندی پس از تولید، سرامیک های اسپینل آلومینات منیزیم به عبور نور بالاتر از ۸۴ درصد و کیفیت سطح بالا و زبری کم تر از ۲۰ نانومتر رسیدند. به علاوه، محققان می توانند سرامیک ها را در سایزهای مختلف، از اجزای ماکروسکوپیک با ضخامت بیش از ۴ میلی متر تا اجزای میکروساختار با وضوح تک میکرومتری تولید کنند.
این راه را برای تعداد زیادی از کاربردهای جدید همچون پنجره های پوششی کاربردی مورد استفاده در الکترونیک که پیش از این در مقیاس بزگتر به دلیل فقدان MAS (magnesium aluminate spinel) مناسب و با کارایی بالا غیرقابل دسترس یا بسیار گران بودند هموار می کند.


مقاله مرجع:
Advanced Science، “Injection molding of magnesium aluminate spinel nanocomposites for high-throughput manufacturing of transparent ceramics” (DOI: ۱۰.۱۰۰۲/advs.۲۰۲۲۰۴۳۸۵ )

منبع:                                

ترجمه: مهندس حسین شهوری، دانشگاه صنعتی شریف



 

آمادگی برای زمستان: ذرات سیلیس توخالی به عنوان نسل جدید سیستم‌های عایق حرارتی

 | تاریخ ارسال: 1402/4/19 | 
 
آمادگی برای زمستان: ذرات سیلیس توخالی به عنوان نسل جدید سیستمهای عایق حرارتی
 
 


 
مواد عایق حرارتی رایج فعلی، مانند فایبرگلاس نصب شده در بالا، رسانایی حرارتی نسبتا بالایی دارند و بنابراین برای کاربرد موثر به عنوان عایق، به لایه‌های ضخیم آن نیاز است. سیستم‌های عایق نسل بعدی مبتنی بر ذرات سیلیس توخالی می‌توانند هزینه‌های مواد اولیه و فضای مورد نیاز را کاهش دهند. ( اریک مکلین)
با توجه به احتمال افزایش سرمای شدید در طول زمستان در نیم‌کره شمالی، بهبود عایق‌کاری برای ساختمان‌ها در این مناطق ضروری است. مواد عایق حرارتی رایج کنونی، مانند فایبرگلاس، پشم معدنی و پلی استایرن، رسانایی حرارتی نسبتا بالایی دارند (WmK ۰.۰۳۰-۰.۰۴۰)؛ بنابراین برای دستیابی به عایق موثر به لایه‌های ضخیم آنها نیاز است. این لایه‌بندی منجر به هزینه‌های بالای مواد اولیه، حمل و نقل و حذف آنها می‌شود و همچنین فضای قابل توجهی را در تجهیزات ساختمانی اشغال می‌کند.
آئروژل‌ها مواد عایق پیشرفته با رسانایی حرارتی بسیار کم (WmK ۰.۰۲۰-۰.۰۱۲) هستند. آن‌ها به واسطه نانوساختارهای بسیار متخلخل قادر هستند هوا را در حفره‌های خود محبوس کنند که جابجایی گرما را محدود می‌کنند. با این حال، هزینه‌ بالا، شکنندگی و عدم امکان مقیاس پذیری صنعتی آ‌ن‌ها مانع استفاده تجاری می‌شود.
در دهه گذشته، ذرات سیلیس توخالی به عنوان نوع جدیدی از مواد عایق توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند. همانند آئروژل‌ها، حفره‌های سیلیس توخالی مسیرهای انتقال گرما را در فاز جامد و گاز مسدود می‌کنند و به این مواد رسانایی حرارتی نسبتا پایینی می‌دهند (WmK ۰.۰۳-۰.۰۲). با این حال، برخلاف آئروژل‌ها، ذرات سیلیس توخالی را به راحتی می‌توان با روش های کم هزینه سنتز کرد. ذرات توخالی سیلیکا به تنهایی می‌توانند برای سلامتی مخاطره آمیز باشند، بنابراین محققان به دنبال کامپوزیت کردن این ذرات با مواد دیگر برای کاهش خطرات ناشی از آن و همچنین حمل و نقل آسان هستند.
مطالعات متعددی به بررسی کامپوزیت ذرات توخالی سیلیس با پلیمرها پرداخته‌اند. با این حال، از آن‌جایی که جز اصلی کامپوزیت، پلیمری می‌باشد و آنها رسانایی حرارتی بالایی دارند (WmK ۰.۳۰-۰.۱۵)، بازدهی کامپوزیت را از حیث عایق‌ بودن کاهش می‌دهد. در عوض، محققان اکنون در حال بررسی کامپوزیت‌سازی ذرات توخالی سیلیس با سایر مواد عایق هستند. دو مطالعه اخیر کار در این زمینه را نشان می‌دهد.

اولین مطالعه با دسترسی آزاد، توسط محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge، کامپوزیتی از ذرات سیلیس توخالی با الیاف سلولزی و کربن بلک را با روش انجمادی خشک کرده تا یک کامپوزیت بسیار آبگریز اما از نظر ساختاری پایدار ایجاد کند. رسانایی حرارتی کامپوزیت تقریبا WmK  ۰.۰۰۳ ± ۰.۰۲۵ بود که از مقادیر رسانایی حرارتی برای الیاف سلولزی (WmK ۰.۰۵) و ذرات سیلیس توخالی (WmK ۰.۰۰۲ ± ۰.۰۲۸) به تنهایی کمتر بود. این یافته شگفت‌انگیز بود زیرا تاکنون طبق گفته محققان: «در تمام کامپوزیت‌های دیگر گزارش‌شده تا به امروز، رسانایی حرارتی کامپوزیت همیشه بالاتر از رسانایی حرارتی ذرات سیلیس توخالی است». آن‌ها بر این عقیده‌اند که فصل مشترک‌های ناهمگن درون کامپوزیت - یعنی فصل مشترک‌های بین ذرات توخالی سیلیس، الیاف سلولزی و کربن بلک- در کاهش انتقال حرارت نقش دارند.


 

(A) تصویر SEM از ذرات توخالی سیلیس، (B) تصویر SEM از الیاف سلولز، (C) شماتیک ساخت کامپوزیت و (D) عکس مواد کامپوزیت. ( Sharma و همکاران،RSC Advances (CC BY ۳.۰)   (
 
مطالعه دوم که توسط محققان دانشگاه بافلو و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی انجام شد، از اختلاط مکانیکی با تنش برشی بالا (high-shear mechanical mixing) برای ساخت کامپوزیت‌های توخالی سیلیس- فایبرگلاس استفاده کرد. ذرات سیلیس توخالی از دو روش سنتز کم هزینه ایجاد شدند. به کمک روش سنتز در فاز گازی، پوسته‌های توخالی با مکانیزم رسوب سطحی قطرات در یک راکتور آئروسل حرارتی ایجاد شدند. در روش سنتز فاز مایع، پوسته‌های توخالی با حذف قالب کربنی که با واکنش هیدروترمال گلوکز تولید شده بود، تشکیل شدند. در روش سنتز در فاز گازی، کامپوزیت حاوی ۶۰ درصد وزنی SiO۲ در فاز گازی کمترین هدایت حرارتی (WmK ۰.۰۲۳) را ثبت کرد. کامپوزیت‌های حاوی SiO۲ فاز مایع کمترین رسانایی حرارتی خود را (WmK ۰.۰۲۶) در ۵۰ درصد وزنی به دست آوردند. هر دو کامپوزیت فاز گازی و فاز مایع SiO۲ عملکرد عایق حرارتی بهتری نسبت به کامپوزیتهای ایجاد شده با استفاده از ژل سیلیکا تجاری (WmK ۰.۰۳۳) ارائه کردند. علاوه بر رسانایی حرارتی کم، کامپوزیت‌های توخالی سیلیس- فایبرگلاس انعطاف‌پذیری مکانیکی بالاتری را نشان دادند. به طور خاص، مدول یانگ کامپوزیت های SiO۲ فاز گازی ، SiO۲ فاز مایع و  SiO۲تجاری به ترتیب ۳۵ کیلو پاسکال، ۳۰ کیلو پاسکال و ۱۵ کیلو پاسکال بودند. در نهایت به گفته محققان، این یافته‌ها نشان می‌دهد که رویکرد توصیف‌شده در اینجا، روشی امیدوارکننده برای تولید انبوه در مقیاس صنعتی و کم‌هزینه مواد عایق حرارتی با کارایی بالا است.

 
مقاله اول:
The open-access paper, published in RSC Advances, is “A lightweight thermally insulating and moisture-stable composite made of hollow silica particles” (DOI: ۱۰.۱۰۳۹/D۲RA۰۱۵۶۱G).
مقاله دوم:
The paper, published in Chemical Engineering Journal, is “Creation of hollow silica–fiberglass soft ceramics for thermal insulation” (DOI: ۱۰.۱۰۱۶/j.cej.۲۰۲۲.۱۴۰۱۳۴).


منبع:                                

 

محققان خواص حرارتی سوخت‌های سرمتی را که ممکن است در سیستم‌های پیشران هسته‌ای آینده مورد استفاده قرار گیرد، بررسی می کنند

 | تاریخ ارسال: 1402/3/17 | 

برنامهریزی برای مریخ:
محققان خواص حرارتی سوخت‌های سرمتی را که ممکن است در سیستم‌های پیشران هسته‌ای آینده مورد استفاده قرار گیرد، بررسی می‌کنند
.


 
زیستگاه ترانزیت مریخ و سیستم پیشرانه هسته‌ای که می‌تواند روزی فضانوردان را به مریخ ببرد. (عکس از ناسا)


 
با پرتاب Artemis I به فضا، هدف ارسال مجدد انسان به ماه، اولین گام خود را به سوی تحقق برداشت. اما نوآوری‌های مادی بسیاری هنوز برای تبدیل این اهداف به واقعیت موردنیاز است. همان‌طور که در شماره جدید ACerS Bulletin دسامبر ۲۰۲۲ به تفصیل شرح داده شده است، مواد سرامیکی و شیشه‌ای نقش مهمی را برای دست‌یابی به این مهم ایفا می‌کنند. در آن شماره مجله، کاربردهای فراوان سرامیک و شیشه در اکتشاف و سفر فضایی، از پرتاب و بازگشت همه سفرها، جمع‌آوری داده‌ها و یادگیری در بین آن‌ها را مرور می‌کند. همچنین به برنامه‌های نوپایی اشاره می‌کند که احتمالا در ماموریت‌های آینده ظاهر خواهند شد.
فناوری‌های پیشرانه نسل بعدی یکی از حوزه‌هایی است که انتظار می‌رود سرامیک نقش مهمی در آن ایفا کند. برای تحقق ماموریت‌هایی با سرنشین‌ به مریخ و دیگر سیارات دور، فضاپیماها باید بیشترین بهره‌وری را از سوخت به عمل بیاورند. در حالی که راه‌های متعددی برای نزدیک شدن به این هدف وجود دارد، نیرو محرکه حرارتی هسته‌ای یکی از فناوری‌های موردتوجه در رادار ناسا است. نیروی محرکه هسته‌ای از دو فرآیند اتمی شکافت و همجوشی ناشی می‌شود. NTP به طور کلی به شکافت دلالت دارد، یعنی واکنشی که در آن هسته یک اتم به دو یا چند هسته کوچکتر تقسیم می‌شود.
برای دستیابی به نیروی پیشرانه شکافت، یک "سنگ داغ" از اتم‌های اورانیوم، نوترون‌های پرانرژی را برای ایجاد گرما آزاد می‌کند. این گرما برای گرم کردن پیشرانه هیدروژنی استفاده می‌شود، که سپس از طریق یک نازل برای ایجاد رانش، خارج می‌شود.

NTP نیروی رانش بالا و کارایی دو برابر بیشتر از موشک‌های شیمیایی معمولی فراهم می‌کند. با این حال، شرایط شدید درون راکتور اعم از: بالا رفتن دما تا ۲۸۵۰ کلوین (~۴۷۰۰ درجه فارنهایت یا ۲۶۰۰ درجه سانتی‌گراد)، تشعشعات یونیزه‌کننده پرانرژی و جریان هیدروژن پیشران، نیاز به ساخت راکتورهای NTP از موادی دارد که بتوانند این شرایط را تحمل کنند.
کامپوزیت‌های سرامیک-فلز (سرمت) از جمله مواد کاندید برای راکتورهای NTP هستند. این کامپوزیت‌ها متشکل از ذرات سوخت سرامیکی مانند دی اکسید اورانیوم یا مونو نیترید اورانیوم هستند که در یک ماتریس فلزی تعبیه شده‌اند که فلز این ماتریس به دلیل نقطه ذوب بالا و سازگاری عالی با هیدروژن داغ، معمولا تنگستن است.
برای مدل‌سازی دقیق عملکرد راکتور و سوخت، محققان باید به پایگاه‌های اطلاعاتی خواص مواد حاوی مدل‌های تایید شده آزمایشگاهی دسترسی داشته باشند. اما چنین پایگاه‌های داده‌ای برای بسیاری از سرمت‌های NTP ناقص هستند یا وجود ندارند. حتی در مواردی که مدل‌ها می‌توانند ویژگی‌های مؤثر را از نظر کیفی پیش‌بینی کنند، داده‌های تجربی برای عملیات در دماهای بالاتر از ۲۰۰۰ کلوین (~ ۳۱۰۰ درجه فارنهایت یا ۱۷۰۰ درجه سانتی‌گراد) وجود ندارد.
در یک مطالعه اخیر، محققان دانشگاه علم و فناوری Missouri و مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا، از جمله Bill Fahrenholtz وGreg Hilmas ، همکاران ACerS، ویژگی‌های حرارتی دمای بالا سرمت مولیبدن تنگستن-هافنیوم نیترید (MoW-HfN) را در دمای بالا مشخص کردند. نیترید هافنیوم یک ماده جانشین غیر رادیواکتیو برای مونونیترید اورانیوم است. این دو نیترید از نظر شیمیایی و ساختاری مشابه هستند و بنابراین اجازه می‌دهد تا آزمایش‌ها بدون انتشار پرتوهای یونیزه پرانرژی انجام شود.
محققان از روش فلاش لیزری، آنالیز گرماسنجی افتراقی و دیلاتومتری میله فشاری به ترتیب برای اندازه گیری نفوذ حرارتی، ظرفیت گرمایی ویژه و ضریب انبساط حرارتی MoW-HfN استفاده کردند. آن‌ها از این مقادیر برای محاسبه رسانایی حرارتی سرمت استفاده کردند.
بر اساس آزمایش‌ها، مقادیر نفوذ از حدود ۰.۱۸ سانتی‌متر مربع بر ثانیه در دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد تا ۰.۱۵ سانتی‌متر مربع بر ثانیه در دمای ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد متغیر بود. ضریب انبساط حرارتی تا ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شد، که مقادیری بین ۶.۰ و ۹.۰ میکرومتر بر متر ارائه می‌دهد. اندازه گیری ظرفیت گرمایی ویژه به دمای کمتر از ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد محدود شد، اما با مدل قانون مخلوط (ROM) تایید شد. بنابراین، هنگام محاسبه هدایت حرارتی سرمت برای دماهای بالاتر از ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد، مقادیر نیمه تجربی در نظر گرفته می‌شوند زیرا مدل ROM برای برون‌یابی ظرفیت گرمایی ویژه استفاده شده است. پس از آزمایش‌ها، محققان مقادیر خواص مختلف را با مقادیر محاسبه‌شده توسط مدل‌ها با ویژگی مختلف مقایسه کردند تا مشخص کنند کدام مدل‌ها به بهترین شکل سیستم را توصیف می‌کند. همانطور که در بالا ذکر شد، مدل ROM در محاسبه ظرفیت گرمایی عملکرد مناسبی از خود نشان داد. به همین صورت، مدل Bruggemann
، که مبتنی بر این ایده است که یک کامپوزیت را می‌توان با ایجاد تغییرات کوچک در ماده به صورت تدریجی ساخت، مطابقت معقولی با هدایت حرارتی محاسبه شده نشان داد.
 
میکروگراف میکروسکوپ الکترونی روبشی (چپ) و نقشه آنالیز عنصری (راست) نمونه MoW-HfN ذرات نیترید هافنیوم (آبی) توسط ماتریس مولیبدن (سبز) و تنگستن (صورتی) احاطه شده است. (Mudd و همکاران، مجله انجمن سرامیک آمریکا).




 
Journal of the American Ceramic Society,Thermal properties of HfN-MoW surrogate cermet fuel for nuclear thermal propulsion” (DOI: ۱۰.۱۱۱۱/jace.۱۸۸۷۰).
منبع:                                  

ترجمه: مهندس علی زرگر، دانشگاه صنعتی شریف



پنجره ای به دنیای نانو: دستیابی دانشمندان به تکنیک جدید برای تصویربرداری از نوسانات مواد

 | تاریخ ارسال: 1402/3/9 | 



پنجره ای به دنیای نانو: دستیابی دانشمندان به تکنیک جدید برای تصویربرداری از نوسانات مواد 
 
تیمی از دانشمندان به سرپرستی محققان مؤسسه Max Born در برلین و Helmholtz-Zentrum Berlin در آلمان و از آزمایشگاه ملی Brookhaven و موسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده یک روش انقلابی جدید برای ثبت تصاویر با وضوح بالا از نوسانات مواد در مقیاس نانو با استفاده از منابع قدرتمند پرتو ایکس توسعه داده‌اند.  این تکنیک که آنها آن را تصویربرداری همبستگی منسجم Coherent Correlation Imaging (CCI)می نامند، امکان ایجاد فیلم های واضح و دقیق را بدون آسیب رساندن به نمونه توسط تشعشعات بیش از حد فراهم می کند. با استفاده از یک الگوریتم برای تشخیص الگوها در تصاویر کم نوردهی شده، CCI  مسیرهایی را برای اطلاعات غیرقابل دسترس باز می کند. این تیم CCI را بر روی نمونه های ساخته شده از لایه های مغناطیسی نازک نشان دادند و نتایج آنها در مجله نیچر منتشر شده است.
برای بزرگ‌نمایی جسم، یعنی «بزرگ‌نمایی»، به نور بیشتری نیاز است. هنگام تلاش برای گرفتن یک حرکت سریع با زمان نوردهی کوتاه، حتی نور بیشتری لازم است. در نهایت، افزایش وضوح و کاهش زمان نوردهی منجر به نقطه‌ای می‌شود که جسم در اثر نور مورد نیاز آسیب می‌بیند یا حتی از بین می‌رود.


دانشمندان یک روش جدید تصویربرداری غیر مخرب به نام تصویربرداری همبستگی منسجم (CCI) ایجاد کرده اند. برای ایجاد یک فیلم، آنها چندین عکس فوری از نمونه را پشت سر هم می گیرند و در عین حال نور را به اندازه کافی کاهش می دهند تا نمونه دست نخورده بماند. با این حال، این منجر به تصاویر فردی می شود که در آن الگوی نوسان در نمونه نامشخص می شود. با این وجود، تصاویر همچنان حاوی اطلاعات کافی برای تفکیک آنها به گروه‌ها هستند. برای انجام این کار، تیم ابتدا باید یک الگوریتم جدید ایجاد می‌کرد که همبستگی بین تصاویر را تجزیه و تحلیل می‌کرد. عکس‌های فوری در هر گروه بسیار شبیه به هم هستند و بنابراین احتمالاً از یک الگوی نوسانی خاص سرچشمه می‌گیرند. تنها زمانی که تمام عکس‌های یک گروه با هم مشاهده می‌شوند، تصویر واضحی از نمونه ظاهر می‌شود. اکنون دانشمندان می‌توانند فیلم را به عقب برگردانند و هر عکس فوری را با تصویر واضحی از وضعیت نمونه در آن لحظه مرتبط کنند.


هدف بعدی دانشمندان استفاده از روش تصویربرداری جدید بر روی لیزرهای الکترون آزاد، مانند XFEL اروپایی در هامبورگ، برای به دست آوردن بینش عمیق تر در مورد فرآیندهای حتی سریعتر در مقیاس های کوچکتر است. آنها اطمینان دارند که این روش درک ما را از نقش نوسانات و فرآیندهای تصادفی در خواص مواد مدرن بهبود می بخشد و در نتیجه روش های جدیدی را برای استفاده از آنها به شیوه ای جهت دارتر کشف می کند.
 
تصویر حرکت مرز سامانه های مغناطیسی

 
منبع:                                


ترجمه: مهندس اعظم پرویز، دانشگاه علم و صنعت ایران



 

دستاوردهای صنایع کاشی و سرامیک سعدی عضو حقوقی انجمن سرامیک ایران در سال ۱۴۰۱

 | تاریخ ارسال: 1402/1/28 | 

دستاوردهای صنایع کاشی و سرامیک سعدی عضو حقوقی انجمن سرامیک ایران در سال ۱۴۰۱
صنایع کاشی و سرامیک سعدی از سال ۱۳۳۹ فعالیت خود را در شهر ری آغاز کرد. پس از گذشت بیش از  شصت سال از تولید کاشی و سرامیک و کسب موفقیت­های چشمگیر  این شرکت توانسته در سال ۱۴۰۱ موفق به احداث خط چهارم تولید کاشی و سرامیک شود و  عملیات اجرایی تولید کاشی پولیشی را نیز در این سال آغاز نمود همچنین  این شرکت توانست  بالاترین رکورد تولید کاشی را در سال ۱۴۰۱ بدست آورد. میزان تولید سالانه این مجموعه به حدود چهار میلیون  متر مربع رسیده است که ۴۵ درصد از این تولیدات به کشورهای عراق، گرجستان، تاجیکستان و ارمنستان ارسال می گردد.

آیا مکسن‌ها آینده‌ی نانوفناوری هستند؟

کلیه های مصنوعی، باتری­ های قدرتمند و تصفیه آب کارآمد از کاربردهای آینده­ ی گروهی از مواد فوق نازک موسوم به مکسن­ ها هستند. این نظر در مقاله­ای در مجله Science بیان شده­است که نویسندگان آن از دانشگاه Linköping هستند.
موادی که دارای مقطع عرضی به نازکی یک یا چند لایه اتم هستند، به دلیل این ضخامت دارای خصوصیات غیرمعمولی هستند. این خصوصیات ممکن است هدایت الکتریکی بالا، استحکام بالا یا توانایی مقاومت در برابر گرما باشد که به مواد فوق نازک پتانسیل زیادی برای استفاده در فناوری­های آینده می­دهد. شناخته شده­ ترین ماده گرافن است و شکار سایر مواد فوق نازک که به آنها مواد دو بعدی نیز می­گویند از زمان کشف بر شدت آن افزوده شده­است.
گرافن و بسیاری دیگر از مواد دو بعدی دیگر، نیمه هادی ­ها، نیم فلزی­ ها یا عایق ­های قطبی هستند. فقدان هادی فلزی فوق نازک، مانعی در توسعه­ی اجزای منحصراً مبتنی بر مواد دو بعدی است.
در سال ۲۰۱۱ گروه جدیدی از مواد فوق نازک کشف و مکسن نام­گذاری شد. آن­ها از یک فلز در ترکیب با هر دو اتم کربن یا نیتروژن تشکیل شده­ اند. از آنجا که مکسن­ ها رسانای فلزی هستند، سایر مواد فوق نازک را تکمیل می­کنند و راه را برای کاربردهای کاملاً جدید در مقیاس نانومتری باز می­کنند.
Johanna Rosén، استاد گروه فیزیک، شیمی و زیست­ شناسی در دانشگاهLinköping ، به همراه همکارانش از دانشگاه Drexel در امریکا، مقاله ­ای درباره ­ی آینده مکسن­ ها و تأثیراتی که از آن­ها انتظار می­رود، نوشتند: " بسیاری از کاربردهای قابل تصور وجود دارد. دو موردی که نزدیک به تحقق هستند ذخیره انرژی کارآمد به صورت باتری، خازن­های بزرگ و محافظ تداخل مغناطیسی الکترومغناطیسی است. اما در دراز مدت، ما قادر به ساخت فیلترهایی برای تصفیه هوا و آب خواهیم بود، آنتن­ها برای نسل بعدی ارتباطات و بسیاری از برنامه ­های کاربردی دیگر که ما هنوز به آنها فکر نکرده­ایم."
علاوه بر این، بسیاری از مکسن­ ها زیست­ سازگار (سازگار با بافت زنده)، غیر سمی و سازگار با محیط زیست هستند؛ به این معنی که در حال مطالعه برای کاربردهای احتمالی در زیست پزشکی هستند. یکی از این کاربردها، ساخت کلیه­ های مصنوعی است که باعث می­شود درمان دیالیز (یا سایر درمان­هایی که دستگاه­ های دیالیز در دسترس نیستند) غیرضروری باشد.
اولین مکسن کشف شده کاربید تیتانیوم، Ti۳C۲ بود. اکنون، ده سال بعد، تقریباً ۵۰  مکسن مختلف تولید شده ­است که بسیاری از آن­ها در دانشگاه Linköping هستند. با این حال، روش­ های تولید آن­ها نشان می­دهد که ترکیبات موجود تقریبا بی نهایت هستند. این بدان معناست که در دراز مدت ممکن است هزاران مکسن با خصوصیات متناسب وجود داشته باشد.
Johanna Rosén می­گوید: " مکسن ­ها تنها ده سال پیش کشف شد و زمینه ­ی تحقیق برای بررسی آن­ها بسیار سریع رشد کرده­ است. اکنون تقریباً ۶۶۰۰ مقاله علمی هر ساله منتشر می­شود. با این حال، همچنان هم بسیاری از خواص و کاربردها برای کشف وجود دارد و این می­تواند بسیاری از چالش های معاصر در فناوری و پزشکی را حل کند."

منبع: https://phys.org/news/۲۰۲۱-۰۶-mxenes-future-nanotechnology.html

 


پیش‌ماده تشکیل سرامیک با درجه حرارت فوق العاده بالا

شرکت Starfire Systems از معرفی یک پیش‌ماده جدید سرامیکی با درجه حرارت فوق­العاده بالا خبر می­دهد. پیش‌ماده Hafnium Carbide (HfC) یک عضو جدید ارزشمند برای خانواده­ی پلیمرهای پیش سرامیکی تشکیل SiC است. این سیستم جدید بر اساس فرآیند شیمیایی اختصاصی Starfire Systems که برای ایجاد محصول شاخص خود SMP-۱۰ استفاده می­شود، ساخته می­شود و گزینه­های بیشتری را برای نیازهای دما بالا به مشتریان ارائه می­دهد.
پیش‌ماده HfC به کاربید هافنیوم پایدار از نظر حرارتی (HfC) تبدیل می­شود. پیش‌ماده HfC در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد یا کمتر از آن پخت می­شود. پلیمر پخت شده HfC را می­توان در محیط خنثی تا ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد گرم کرد و به HfC بلوری با عملکرد سرامیکی بالا تبدیل کرد .
از پلیمر HfC می­توان برای ساخت کامپوزیت­های ماتریس سرامیکی و همچنین پودر خلوص بالا استفاده کرد. این مواد قابلیت نهایی درجه حرارت بالا را فراهم می­کنند که آن­ها را به گزینه­ای ایده آل برای کاربردهای خودروهای مافوق صوت و ورود مجدد تبدیل می­کند.
David Devor، مدیر عامل Starfire گفت: Starfire " متعهد به هدایت فناوری سرامیک مشتق از پلیمر (PDC) و حفظ جایگاه خود به عنوان پیشرو در جهان سرامیک های پیشرفته است. پیش‌ماده HfC یکی از چندین محصول مکمل جدید است که برای انتشار در سال ۲۰۲۱ برنامه ریزی شده­است و به طور خاص برای افزایش دامنه دمایی قطعات و عملکرد آنها طراحی شده­است. "
منبع:
https://www.azom.com/news.aspx?newsID=۵۶۳۶۶

 

الیاف نانولوله ی کربنی انعطاف پذیر که در لباس بافته شده اند، EKG دقیق و ضربان قلب را جمع آوری می کنند

اگر پیراهن راحت شما می­تواند کار بهتری انجام دهد، نیازی به استفاده از ساعت­های هوشمند ناراحت­ کننده یا بندهای سینه برای نظارت بر قلب شما نیست.

این ایده­ی "لباس هوشمند" است که توسط آزمایشگاه دانشگاه Rice توسعه یافته­است که از نخ نانولوله­ ای رسانای خود برای بافتن عملکرد در پوشاک معمولی استفاده کرد.

Matteo Pasquali مهندس زیست مولکول و آزمایشگاه شیمی دانشکده مهندسی Brown، در مجله­ ی انجمن شیمی آمریکا Nano Letters گزارش دادند که فیبرهای نانولوله ای را برای نظارت بر ضربان قلب و انجام نوار قلب مداوم (EKG) به لباس ورزشی می­دوزد.

به گفته­ی پژوهشگران، این الیاف به اندازه­ ی سیم­ های فلزی، رسانا هستند؛ اما قابل شستشو، راحت و دارای امکان شکستن بسیار کمتری در هنگام حرکت بدن هستند. به طور کلی، پیراهن آن­ها در جمع­ آوری داده­ ها بهتر از یک مانیتور استاندارد بند سینه با قابلیت اندازه­ گیری زنده در طول آزمایش عمل می­کرد. پیراهن نانولوله کربنی هنگامی که با مانیتورهای الکترود پزشکی تجاری مطابقت داده می­شود، EKGهای کمی بهتری می­داد.

Lauren Taylor، دانشجوی فارغ التحصیل Rice، نویسنده اصلی این پژوهش می­گوید: "پیراهن باید روی سینه محکم باشد. در مطالعات آینده، ما روی استفاده از تکه­ های متراکم­ تر از نخ­ های نانولوله کربنی تمرکز می­کنیم تا سطح ویژه­ ای بیشتری برای تماس با پوست وجود داشته باشد. "

پژوهشگران خاطرنشان کردند که الیاف نانولوله، نرم و انعطاف پذیر هستند و لباسی که آن­ها را در خود جای داده، قابل شستشو در ماشین لباسشویی است. الیاف را می­توان مانند نخ معمولی به صورت ماشینی به پارچه دوخت. الگوی دوختن به صورت زیگزاگ به پارچه اجازه می­دهد تا بدون شکستن آن­ها کش بیاید.

Taylor گفت، این الیاف نه تنها تماس الکتریکی ثابت با پوست کاربر ایجاد می­کرد، بلکه به عنوان الکترودهایی برای اتصال وسایل الکترونیکی مانند فرستنده­ های بلوتوث برای انتقال داده به تلفن هوشمند یا اتصال به مانیتور Holter که می­تواند در جیب کاربر ذخیره شود، عمل می­کرد.

آزمایشگاه Pasquali الیاف نانولوله کربنی را در سال ۲۰۱۳ معرفی کرد. از آن زمان الیاف، هر کدام حاوی ده­ها بیلیون نانولوله، برای استفاده به عنوان پل برای ترمیم قلب­ های آسیب دیده، واسطه­های الکتریکی با مغز، کاشت حلزون، آنتن ­های انعطاف­ پذیر و کاربردهای خودرو و هوافضا مورد مطالعه قرار گرفتند. توسعه­ ی آن­ها همچنین مربوط به بخشی از مرکز کربن Rice است که یک ابتکار پژوهشی چند دانشگاهی به رهبری Rice بور و در سال ۲۰۱۹ راه اندازی شد. رشته­ های اصلی نانولوله، با عرض حدود ۲۲ میکرون، بسیار نازک بودند و نمی­توان آن­ها را با چرخ خیاطی کنترل کرد. Taylor گفت که یک طناب ساز برای ایجاد یک نخ قابل دوخت، در اصل سه دسته از هفت رشته، هر کدام را به اندازه­ای معادل نخ معمولی بافته ­است. Taylor که در ابتدا سعی  می­کرد نخ را با دست ببافد و موفقیت محدودی داشت، می­گوید: "ما با شخصی کار می­کردیم که ماشین­ های کوچکی را برای ساخت طناب برای کشتی­ های مدل می­فروخت." او توانست برای ما یک دستگاه مقیاس متوسط ​​بسازد که همین کار را می­کند.

او گفت که الگوی زیگزاگ را می­توان با توجه به میزان کشش یک پیراهن یا پارچه دیگر تنظیم کرد. این تیم با دکتر مهدی رضوی و همکارانش در موسسه قلب تگزاس کار می­کنند تا نحوه حداکثر تماس با پوست را بیابند. به گفته پژوهشگران، از الیاف بافته شده در پارچه می­توان برای تعبیه آنتن یا LED نیز استفاده کرد. تغییرات جزئی در هندسه الیاف و وسایل الکترونیکی مرتبط می­تواند در نهایت به لباس اجازه دهد تا علائم حیاتی، اعمال فشار یا میزان تنفس را تحت نظر داشته باشد. Taylor خاطرنشان کرد که استفاده­های احتمالی دیگر می­تواند شامل رابط انسان و ماشین برای خودروها یا روباتیک، یا به عنوان آنتن، کنترل سلامت و حفاظت بالستیک در لباس نظامی باشد. وی گفت: "ما چند سال پیش با یک همکار نشان دادیم که الیاف نانولوله کربنی به طور وزنی بهتر از Kevlar انرژی را از بین می­برند و این بدون برخی از دستاوردهایی است که از آن زمان در استحکام کششی داشته­ ایم."

Pasquali گفت: "ما پس از دو دهه توسعه در آزمایشگاه­ های سراسر جهان، می­بینیم که این مواد کاربردهای بیشتری دارد. به دلیل ترکیب رسانایی، تماس خوب با پوست، زیست­ سازگاری و نرمی، نخ­ های نانولوله کربنی جزء طبیعی پوشیدنی­ ها هستند. "

او گفت که بازار پوشیدنی، اگرچه نسبتاً کوچک است؛ اما می­تواند نقطه ورود نسل جدیدی از مواد پایدار باشد که می­توانند از طریق هیدروکربن­ها از تقسیم مستقیم به دست آمده باشند، فرآیندی که هیدروژن پاک نیز تولید می­کند. توسعه چنین موادی مورد توجه مرکز کربن است. وی همچنین می­گوید: "ما در وضعیت مشابه سلول­ های خورشیدی چند دهه قبل بودیم. ما به رهبران کاربردی نیاز داریم که بتوانند کششی را برای افزایش تولید و افزایش کارایی ایجاد کنند. "

منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۸/۳۱/flexible-carbon-nanotube-fibers-woven-into-clothing-gather-accurate-ekg-heart-rate


باز کردن قفل فناوری برای تولید صفحه نمایش نشکن

به لطف پژوهش­هایی که در دانشگاه Queensland انجام شده ­است، صفحه نمایش گوشی­ های ترک خورده ممکن است به موضوعی از گذشته تبدیل شود.
تیم جهانی از پژوهشگران به رهبری دکتر
Jingwei Hou از دانشگاه Queensland، پروفسور Lianzhou Wang و Vicki Chen، قفل فناوری تولید نسل بعدی کامپوزیت شیشه ­ای برای روشنایی LED ها، صفحه نمایش گوشی­ های هوشمند، تلویزیون و کامپیوتر را باز کرده ­اند. این یافته­ ها امکان ساخت صفحه نمایش­ های شیشه ­ای را فراهم می­کند که نه تنها نشکن هستند؛ بلکه کیفیت تصویر شفاف را نیز ارائه می­دهند.

دکتر Hou گفت که این کشف یک گام بزرگ رو به جلو در فناوری نانوبلور پروسکایت بود، همانطورکه قبلاً پژوهشگران فقط قادر به تولید این فناوری در فضای خشک یک محیط آزمایشگاهی بودند. او گفت: «مواد ساطع ­کننده، از نانو بلورهایی به نام پروسکایت سرب هالیدی ساخته شده­ اند.» آن‌ها می‌توانند نور خورشید را جمع‌آوری کرده و آن را به برق تجدیدپذیر تبدیل کنند که نقشی حیاتی در سلول‌های خورشیدی نسل جدید کم‌هزینه و پربازده و بسیاری از کاربردهای امیدوارکننده مانند روشنایی دارد. متأسفانه، این نانوبلورها به نور، گرما، هوا و آب بسیار حساس هستند، حتی بخار آب موجود در هوای ما، دستگاه‌های فعلی را در عرض چند دقیقه از بین می‌برد.
تیم ما از مهندسان شیمی و دانشمندان مواد، فرآیندی را برای پنهان­ کردن یا چسباندن نانوبلورها در شیشه متخلخل ایجاد کرده ­اند. این فرآیند کلیدی برای تثبیت مواد، افزایش کارایی آن و جلوگیری از خروج یون‌های سمی سرب از مواد است.
دکتر Hou گفت که این فناوری مقیاس ­پذیر است و راه را برای بسیاری از کاربردها باز می­کند. وی گفت: «در حال حاضر QLED  یا صفحه نمایش­های دیود ساطع نور نقطه کوانتومی، بهترین عملکرد برای نمایش و عملکرد تصویر محسوب می­شوند. این پژوهش، ما را قادر می­سازد تا با ارائه کیفیت و قدرت تصویر خیره­ کننده، این فناوری نانوبلور را بهبود بخشیم.»

پروفسور Vicki Chen گفت که این یک پیشرفت هیجان ­انگیز بود. نه تنها می‌توانیم این نانوبلور‌ها را قوی‌تر کنیم، بلکه می‌توانیم ویژگی‌های اپتو الکترونیکی آن‌ها را با راندمان انتشار نور فوق‌العاده و  LEDهای نور سفید بسیار مطلوب تنظیم کنیم. این کشف نسل جدیدی از کامپوزیت‌های نانوکریستال-شیشه را برای تبدیل و کاتالیز انرژی معرفی می‌کند.
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۱۰/۲۹/unlocking-the-technology-to-produce-unbreakable-screens

 

موسیقی متن باکتری توسط غشا گرافن آشکار شد




 
آیا تا به حال فکر کرده ­اید که باکتری­ها صداهای متمایز تولید می­کنند؟ اگر می‌توانستیم به باکتری‌ها گوش دهیم، می‌توانستیم بدانیم که آیا آن­ها زنده هستند یا نه. وقتی باکتری‌ها با استفاده از آنتی‌بیوتیک از بین می‌روند، آن صداها قطع می‌شود، مگر اینکه باکتری‌ها به آنتی‌بیوتیک مقاوم باشند. این دقیقاً همان کاری است که گروهی از پژوهشگران دانشگاهTU Delft  به رهبری دکتر فربد علیجانی موفق به انجام آن شده‌اند! آن­ها صدای سطح پایین یک باکتری را با استفاده از گرافن ضبط کردند. اکنون پژوهش آنها در Nature Nanotechnology منتشر شده است.
صدای یک باکتری
گروه فربد علیجانی در ابتدا به دنبال مبانی مکانیک گرافن بودند، اما در نقطه‌ای مشخص به این فکر افتادند که اگر این ماده بسیار حساس با یک جسم زیستی منفرد تماس پیدا کند، چه اتفاقی می‌افتد. علیجانی می­گوید: "گرافن شکلی از کربن است که از یک لایه اتم تشکیل شده و به عنوان ماده­ی شگفت انگیز نیز شناخته می­شود. گرافن بسیار محکم و با خواص الکتریکی و مکانیکی خوب است، همچنین به نیروهای خارجی بسیار حساس است." گروه پژوهشگران همکاری با گروه نانوبیولوژی Cees Dekker و گروه نانومکانیک Peter Steeneken را آغاز کردند. همراه با دانشجوی دکتری Irek Roslon و فوق دکتری Aleksandre Japaridze، این گروه اولین آزمایش خود را با باکتری E. coli انجام دادند. Cees Dekker می­گوید: "آنچه ما دیدیم شگفت‌انگیز بود. وقتی یک باکتری به سطح یک درام گرافنی می‌چسبد، نوسان‌های تصادفی با دامنه‌های کمتر از چند نانومتر ایجاد می‌کند که قادر به تشخیص آن­ها بودیم. ما می‌توانیم صدای یک باکتری را بشنویم. "
زدن درام گرافن با یک باکتری
نوسانات بسیار کوچک در نتیجه فرآیندهای زیستی باکتری­ها با سهم اصلی تاژک­های آن­ها (دم روی سطح سلول که باکتری­ها را به حرکت در می­آورد) است. علیجانی می­گوید: "برای درک اینکه این ضربات تاژک‌دار روی گرافن چقدر ریز هستند، باید گفت که آن­ها حداقل ۱۰ میلیارد برابر کوچک‌تر از ضربه مشت‌زنان در هنگام رسیدن به کیسه پانچ هستند."
گرافن برای تشخیص سریع مقاومت آنتی بیوتیکی
این پژوهش پیامدهای بسیار زیادی برای تشخیص مقاومت آنتی بیوتیکی دارد. نتایج تجربی واضح بود: اگر باکتری­ها به آنتی بیوتیک مقاوم بودند، نوسانات فقط در همان سطح ادامه می­یافت. زمانی که باکتری­ها به دارو حساس شدند، ارتعاشات تا یکی دو ساعت بعد کاهش یافت، اما پس از آن کاملاً از بین رفتند. به لطف حساسیت بالای درام­های گرافن، این پدیده تنها با استفاده از یک سلول قابل تشخیص است. علیجانی می‌گوید: «برای آینده، هدف ما بهینه‌سازی پلت فرم حساسیت آنتی‌بیوتیکی تک سلولی گرافن و اعتبارسنجی آن در برابر انواع نمونه‌های بیماری‌زا است تا در نهایت بتوان از آن به عنوان یک ابزار تشخیصی مؤثر برای تشخیص سریع مقاومت آنتی‌بیوتیکی پژوهش­های بالینی استفاده کرد."  Steenekenمی‌گوید: "این یک ابزار ارزشمند در مبارزه با مقاومت آنتی‌بیوتیکی است که تهدیدی فزاینده برای سلامت انسان در سراسر جهان است."
منبع:         https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۴/۱۹/bacterial-soundtracks-revealed-by-graphene-membrane

قابلیت استفاده از سرامیک های بر پایه بور شکل داده شده توسط حرارت (Thermoformed) جهت ساخت قطعات الکترونیکی

 | تاریخ ارسال: 1401/9/27 | 

نمونه ای از یک کامپوزیت جدید با ماتریس سرامیکی پایه  بور که می تواند توسط حرارت به قطعات پیچیده همانند توزیع گر حرارت برای بردهای مدارهای چاپی، شکل دهی شود.



در حالی که شکست ترد به طور معمول به عنوان یک مشخصه اصلی سرامیک ها در نظر گرفته و پذیرفته می شود، تحقیقات در مورد نابجایی ها در سرامیک ها، که در دهه های اخیر شکوفا شده است، نشان داد که سرامیک ها  هم می توانند در شرایط مناسبی، دچار تغییر شکل پلاستیک شوند. این آگاهی رهیافت جدیدی را برای شکل‌دهی و کاربرد سرامیک در قطعات گوناگون می گشاید.

به تازگی در مقاله‌ای ، محققان دانشگاه نورث ایسترن (بوستون، ماساچوست) نشان دادند که چگونه ریزساختار یک ماده برای تشکیل سرامیک از طریق روشی که به طورمتداول صرفا مختص پلاستیک‌ها و ورق‌های فلزی بود، به عنوان یک شرط کلیدی مطرح می شود.
همانطور که در پایگاه خبری  دانشگاه نورث ایسترن بیان شده است، راندال ارب  Randall Erb  دانشیار مهندسی مکانیک و صنایع و جیسون بایس Jason Bice دانشجوی دکتری  به صورت کاملا تصادفی هنگام کار بر روی یک پروژه فراصوت برای یک شریک صنعتی به این کشف رسیدند.
آنچه رخ داد این بود که یک نمونه آزمایشی از یک کامپوزیت ماتریس سرامیکی (CMC) پس از انفجار با یک مشعل دمنده، به طور غیرمنتظره ای تغییر شکل داده و در حین بارگذاری از نگهدارنده (fixture) خارج شد. ارب می گوید: «ما به نمونه روی زمین نگاه کردیم و فکر کردیم که یک پدیده شکست رخ داده است. با این حال، بررسی هایمان نشان داد که کامپوزیت ماتریس سرامیکی بدون نقص باقیمانده و فقط شکل متفاوتی از پیش دارد.
آزمایش‌های بیشترارب وبایس نشان داد که تغییر شکل ایجاد شده قابل کنترل است. این درک باعث شد که آنها و همکارانشان تشکیل CMC را از طریق ترموفرمینگ کشف کنند.
ترموفرمینگ (Thermoforming) اساساً برعکس قالب گیری تزریقی، یکی دیگر از فرآیندهای شناخته شده ی تولید است. قالب‌گیری تزریقی شامل حرارت دادن مواد تا مایع شدن و تزریق آن به قالب در این  است، همانجایی که  ماده خنک می‌شود و متعاقباً پس از شکل گیری از قالب جدا می شود. در مقابل، ترموفرمینگ شامل حرارت دادن یک ماده ورقه ای شکل تا دمای انعطاف پذیری و سپس قرار دادن آن بر روی قالب با استفاده از روش های فشار یا خلاء است.
در حالی که قالب‌گیری تزریقی اغلب انتخاب بهتری برای تولید قطعات کوچک و پیچیده و اجرای دوره‌های تولید بلند مدت است، ترموفرمینگ یا همان شکل‌دهی حرارتی مزیت خود را برای طرح‌های مقیاس بزرگ و دوره‌های تولید کوتاه مدت نشان می دهد.
قالب گیری تزریقی یک روش رایج برای تولید قطعات سرامیکی است. با این حال، ماهیت معمولاً شکننده سرامیک‌ها از شکل‌گیری آن‌ها از طریق روش‌های ترموفرمینگ جلوگیری می‌کند، زیرا سرامیک‌ها در اثر تغییرات شدید حرارتی ویا بارگذاری مکانیکی به جای تغییر شکل تمایل به شکست دارند.
در مقاله اخیر، محققان دانشگاه نورث ایسترن نشان می دهند که چگونه با مواد و ساختار مناسب، می توان سرامیک را از طریق ترموفرمینگ شکل دهی کرد.
CMC آنها از ذرات نیترید بور هگزاگونال (hBN) با آرایش یافتگی بالا در یک ماتریس اکسید بور تشکیل شده است. آنها توضیح می دهند که ساختار اتمی hBN به آن ناهمسانگردی حرارتی بالایی می دهد، یعنی رسانایی حرارتی در برخی جهات بالا و در جهات دیگر پایین است. این ویژگی به کامپوزیت ماتریس سرامیکی، اجازه می دهد تا به سرعت گرما و جریان را به طور موثر در طول فرآیند قالب گیری منتقل کند.
برای استفاده کامل از این ویژگی ذاتی hBN، محققان از روش ریخته‌گری تحت ارتعاش استفاده کردند. آنها قبلا این روش را با این هدف که حجم بالایی از ذراتhBN  (۶۰ درصد حجمی) را در یک فوتورزین مایع به طور همراستا توزیع کنند توسعه داده بودند. بر این مبنا سوسپانسیونی از ذرات متراکم را در طول فرآیند ریخته‌گری نواری در معرض انرژی‌های ارتعاشی قرار دادند تا hBN را در صفحه سیال‌تر کنند و برش دهند.
پس از فرایند ریخته‌گری نواری، محققان نور ماوراء بنفش را برای پلیمریزه کردن فوتورزینی که در میان ذرات hBN قفل شده بود به سوسپانسیون تابانیدند. در نهایت، نمونه‌ها را در محیط اکسیژن‌دار در معرض تف جوشی بدون فشار قرار داده شد تا ماتریسی از اکسید بور رشد و جایگزین ماتریس پلیمری شود  و hBN را در خود فرو ببرد.
هنگامی که CMC پایه بور تا دمای بالاتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد گرم شد، اکسید بور ذوب شده و ماده مانند یک شبه پلاستیک بینگهام رفتار کرد، شبه پلاستیک بینگهام در تنش های کم مانند یک جسم صلب رفتار می کند اما در تنش زیاد به عنوان یک سیال ویسکوز جریان می یابد.
محققان رژیم‌های جریان CMC را در یک نمودار فاز برای تعیین خواص جریان مشخص نموده و دمای جریان بهینه برای شکل‌دهی حرارتی بین ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد را تعیین کردند. با این دانش، آنها CMC مبتنی بر بور را به قالب‌ها و اندازه‌های مختلف ترموفرم کردند و به اندازه‌هایی به کوچکی ۲۰۰ میکرومتر در دمای ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد دست یافتند.
تاثیر بالقوه ترموفرمینگ سرامیکها بر حوزه الکترونیک، اصلی ترین زمینه ی کاربردی بود که توسط محققان به عنوان نمونه ارائه شد. به طور کلی، تلفن های همراه و سایر لوازم الکترونیکی با یک لایه آلومینیومی حجیم که برای خارج کردن گرما از دستگاه ضروری است پیکربندی شده اند.
Bice اظهار می دارد: "مواد ما می تواند کمتر از یک میلی متر ضخامت داشته باشد و با این سطح مقطع باریک می‌توان آن را طوری قالب‌گیری کرد که شکل آن با سطحی که می‌خواهید خنک شود مطابقت داشته باشد. »
علاوه بر این، Erb اضافه می کند که «اگر یک هیت سینک آلومینیومی را در یک قطعه RF رادیوفرکانس  قرار دهید، اساساً یک سری آنتن را برای تعامل با سیگنال RF معرفی کرده اید. در عوض، ما می‌توانیم مواد مبتنی بر نیترید بور خود را درون و اطراف یک جزء RF قرار داده به نحوی که برای سیگنال RF نامرئی باشد.
آنها این پتانسیل را با ایجاد یک پلتفرم بستر آزمایشی با رایانه Raspberry Pi نشان دادند و عملکرد خنک‌کنندگی یک هیت سینک آلومینیومی را در مقابل یک CMC ترموفرم شده با پرس مناسب مقایسه کردند. هنگامی که هیت سینک ها بر اساس ارتفاع نرمالایز شدند، CMC مزیت خنک کنندگی ۱۰برابری نسبت به آلومینیوم را نشان داد.
Erb و Bice اکنون در حال توسعه CMC ترموفرم شده از طریق استارتاپ خود، با عنوان Fourier LLC هستند. آنها جایزه ۵۰۰۰۰ دلاری Spark Fund را از مرکز نوآوری تحقیقات Northeastern دریافت کردند تا از این کار حمایت کنند.

منبع :
https://ceramics.org/ceramic-tech-today/materials-innovations/thermoformed-boron-based-ceramics-may-offer-new-frontier-in-customized-electronic-components
ترجمه: خانم مهندس اعظم پرویز
 

حسگر نوری سنجش رطوبت فوق سریع

 | تاریخ ارسال: 1401/3/28 | 
سوسک هرکول بومی آمریکای جنوبی دارای ویژگی شگفت­ انگیزِ تغییر رنگ پوسته ­ی خود بسته به شرایط رطوبت خارجی است و دلیل آن تشکیل شدن داخل پوسته ­ی سوسک از ساختار شبکه­ ای متخلخل با سوراخ­­ های مربع ­است. هنگامی که نور با طول موج­ های خاص به پوسته برخورد می­کند، پوسته آن­ها را منعکس می­کند و رنگ­ های مختلفی را نشان می­ دهد و این طول موج­ ها بسته به رطوبت تغییر می­ کنند. اخیراً حسگری که مانند این سوسک بسته به رطوبت تغییر رنگ می­­ دهد با سرعت ۱۰۰۰۰ برابر بیشتر از حسگرهای نوری معمولی پیشنهاد شده است.
گروه پژوهشی POSTECH به رهبری پروفسور Junsuk Rho (گروه مهندسی شیمی و گروه مهندسی مکانیک) و دانشجویان دکتری    Chunghwan Jung  و Jaehyuck Jang (گروه مهندسی شیمی)، با همکاری Sung-Hoon Hong و دکتر Soo-Jung Kim (موسسه پژوهش الکترونیک و مخابرات، ETRI) و پروفسور Young Min Song (موسسه علم و فناوری گوانگژو، GIST )، یک حسگر رنگ سنجی فوق العاده سریع پاسخگو به رطوبت ایجاد کرده ­است. یافته ­های این مطالعه در Science Advances منتشر شد.
 حسگرهایی که از نور استفاده می­ کنند در حال حاضر در زندگی روزمره ما برای اندازه­ گیری الکتروکاردیوگرام و کیفیت هوا استفاده می­شوند. این حسگرها از نور برای تشخیص تغییرات محیط اطراف خود و تبدیل آن­ها به سیگنال­ های دیجیتال استفاده می­کنند. گروه پژوهشی با استفاده از یک لایه نانوذرات فلزی نامنظم - هیدروژل کیتوسان -  بستری بازتابنده، یک حسگر رنگ‌سنجی ساخت که از ساختار فلز- هیدروژل-فلز تشکیل شده ­است. هنگامی که رطوبت خارجی تغییر می­ کند، فرکانس رزونانس حسگر به دلیل ویژگی هیدروژل کیتوسان تغییر می­کند که در حالت مرطوب متورم می­شود و در حالت خشک به طور مکرر منقبض می­شود. این حسگر جدید دارای سرعت فوق العاده سریعی است که ۱۰۰۰۰ برابر سریع تر از حسگرهای نوری مبتنی بر تداخل سنج معمولی Fabry-Pero  است. این سرعت واکنش سریع به لطف فضای متخلخل بین نانوذراتی است که حسگر را تشکیل می‌دهند، دقیقاً مانند پوسته سوسک که بسته به رطوبت رنگ‌ها را تغییر می‌دهد.
پروفسور Rho که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، توضیح داد: «این حسگر رطوبت جدید از این جهت خاص است که امکان مقیاس‌پذیری تولید با هزینه کم را حتی با وجود استفاده از نانومواد و نانوساختارها فراهم می‌کند. "معرفی پیکسل­ های رنگی پاسخگو به رطوبت در کدهای امنیتی، استفاده از برچسب­ های امنیتی را برای دستگاه­ های الکترونیکی حساس به رطوبت، اسکناس­ ها، گذرنامه ­ها و کارت­ های شناسایی امکان­ پذیر می­ کند. "
منبع:                                 
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۴/۱۴/real-time-ultrafast-humidity-sensing-optical-sensor
نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

یک کنترل از راه دور برای مواد کاربردی

 | تاریخ ارسال: 1401/3/25 | 
تهیج شدید مادون قرمز میانی به عنوان یک ابزار قدرتمند برای کنترل خواص مغناطیسی، فروالکتریک و ابررسانایی مواد پیچیده نشان داده شده­است. فونونیک غیرخطی برای این منظور، کلیدی است؛ زیرا اتم‌های خاص را از موقعیت‌های تعادلی خود دور می‌کند تا برهم‌کنش‌های میکروسکوپی را دستکاری کند. تاکنون تصور می­شد که این اثر تنها در حجم برانگیخته­ ی نوری رخ می­دهد. اکنون، پژوهشگران در هامبورگ کشف کردند که معکوس شدن پلاریزاسیون در نیوبات لیتیوم فروالکتریک (LiNbO۳)  حتی در مناطقی به دور از ضربه­ ی مستقیم نور نیز رخ می­دهد. پدیده‌ای که تاکنون ناشناخته بود، که فونونیک غیرخطی غیرمحلی نامیده می‌شود، در مجله­ی Nature Physics ­منتشر شده ­است.
مواد فروالکتریک مانند LiNbO۳، دارای پلاریزاسیون الکتریکی ساکن هستند که توسط خطوط بار مثبت و منفی ایجاد می­شود که می­ توانند با یک میدان الکتریکی تعویض شوند. این ویژگی منحصر به فرد، این مواد را به بلوک اصلی ساختمان بسیاری از اجزای الکترونیکی مدرن در تلفن­ های هوشمند، لپ تاپ­ ها و دستگاه­ های تصویربرداری اولتراسوند تبدیل می­کند. استفاده از نور لیزر برای تغییر پلاریزاسیون فروالکتریک، یک رویکرد جدید است که فرآیندهای بسیار سریع را امکان­پذیر می­کند و گامی کلیدی در توسعه­ ی کلیدهای نوری فوق سریع بسیار کارآمد برای دستگاه ­های جدید خواهد بود.
پژوهشگران گروه Andrea Cavalleri در مؤسسه ساختار و دینامیک ماکس پلانک (MPSD) از پالس‌های فروسرخ میانی برای تهیج سطح بلور LiNbO۳ استفاده کردند و ارتعاش قوی را در سراسر ناحیه‌ای که در عمق ۳ میکرومتری از بلور قرار داشت به راه انداختند. سپس، آن­ها از روشی به نام فمتوثانیه تهیج پراکندگی رامان برای اندازه­ گیری تغییرات فوق سریع پلاریزاسیون فروالکتریک در سراسر ضخامت کامل بلور ۵۰ میکرومتری استفاده کردند. اندازه‌گیری‌ها نشان داد که پالس‌های نور با چگالی انرژی بسیار بالا باعث می‌شوند که پلاریزاسیون فروالکتریک در کل بلور معکوس شود. با استفاده از روش‌های محاسباتی برای شبیه‌سازی اثرات فونونیک­های غیرخطی در LiNbO۳، نویسندگان دریافتند که امواج پلاریزاسیونی قوی به نام پلاریتون‌ها از حجم کوچکی که پالس نور از آن عبور می‌کند، پدیدار می­شود و در سراسر عمق باقی‌مانده­ی بلور حرکت می‌کند. اعتقاد بر این است که این امواج پلاریتون نقش مهمی در تغییر پلاریزاسیون فروالکتریک در سراسر بخش‌هایی از بلور دارند که توسط پالس نور دست نخورده هستند.
نتایج گزارش شده توسط Henstridge و همکاران، یک قطعه­ ی جدید هیجان­ انگیز را به پازل گریزان فروالکتریک فوق سریع اضافه می­کند، که درک آن می­تواند به اجزای دستگاه جدید مانند کلیدهای نوری پایدار منجر شود. به‌طور گسترده‌تر، این پژوهش سؤال بزرگی را در مورد امکان نمایش نوع مشابهی از این رفتار غیرمحلی در سیستم‌های گذشته و آینده که توسط فونونیک غیرخطی هدایت می‌شوند، باز می‌کند. توانایی دستکاری ویژگی‌های عملکردی در یک فاصله می‌تواند قلمرو امکانات را برای ترکیب فونونیک­ های غیرخطی در دستگاه‌های یکپارچه و سایر مواد پیچیده گسترش دهد و راه‌های جدیدی را برای کنترل سیستم‌ها با نور باز کند.
منبع:                                 
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۳/۱۰/a-remote-control-for-functional-materials
 نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

یک رویکرد جدید امیدوارکننده برای بازسازی بافت استخوانی

 | تاریخ ارسال: 1401/3/25 | 
در طول ۳۰ سال گذشته، جامعه علمی برای ایجاد جایگزین مصنوعیِ پیوند استخوان جهت ترمیم استخوان بیمار یا آسیب دیده تلاش کرده ­است. پژوهشگران دانشگاه مک گیل از Canadian Light Source (CLS) در دانشگاه ساسکاچوان برای پیشبرد روشی جدید برای رشد بافت استخوانی مصنوعی استفاده کردند.
گرایش مهندسی بافت استخوان، به سرعت در حال پیشرفت است و بر روی رشد سلول­های استخوانی در آزمایشگاه بر روی موادی به نام داربست متمرکز شده است و سپس این ساختارها را به بدن فرد برای ترمیم آسیب­ های استخوانی منتقل می­کند. مانند استخوانی که تقلید می‌کند، داربست‌ها به شبکه‌ای به هم پیوسته از منافذ کوچک و بزرگ نیاز دارند که به سلول‌ها و مواد مغذی اجازه می‌دهد پخش شوند و به تولید بافت استخوانی جدید کمک کنند.
فرآیند امیدوارکننده­ ی تیم مک‌گیل بر روی تغییر ساختار داخلی ماده‌ای به نام اکسید گرافن کار می‌کند تا آن را برای بازسازی بافت استخوانی مفیدتر کند.
اکسید گرافن یک ترکیب فوق نازک و بسیار قوی است که به طور فزاینده­ای در الکترونیک، اپتیک، شیمی، ذخیره انرژی و زیست شناسی استفاده می­شود. یکی از خواص منحصر به فرد آن این است که وقتی سلول­های بنیادی روی آن قرار می­گیرند، تمایل دارند به سلول­های استخوان ساز به نام استئوبلاست تبدیل شوند.
گروه چند رشته­ ای، متشکل از پژوهشگران دپارتمان مهندسی معدن و مواد، مهندسی برق و دندانپزشکی مک گیل، دریافتند که با افزودن امولسیون روغن و آب به اکسید گرافن و سپس انجماد آن در دو دمای مختلف، دو اندازه­ی متفاوت تخلخل در سرتاسر ماده تولید می­شود. پروفسور Marta Cerruti گفت که وقتی داربست متخلخل را با سلول‌های بنیادی مغز استخوان موش کاشتند، سلول‌ها تکثیر شدند و در داخل شبکه منافذ پخش شدند؛ نشانه‌ای امیدوارکننده است که رویکرد جدید در نهایت می‌تواند برای بازسازی بافت استخوانی در انسان استفاده شود. او گفت: "ما نشان دادیم که داربست ­ها کاملاً زیست سازگار هستند، وقتی سلول­ ها را در آنجا قرار می­ دهید خوشحال می­ شوند و می ­توانند در تمام داربست نفوذ کنند و کل داربست را مستعمره کنند."    
پژوهشگران از خط پرتو BMIT-BM در CLS برای تجسم منافذ با اندازه­ های مختلف در داخل داربست و همچنین رشد و گسترش سلول ها استفاده کردند. پژوهشگر اصلی Yiwen Chen، دانشجوی دکتری که زیر نظر Cerruti کار می­کرد، گفت که کار آن­ها بدون سینکروترون(synchrotron) ممکن نبود زیرا چگالی کم اکسید گرافن به این معنی است که فقط مقدار بسیار کمی نور را جذب می­کند. او می­ گوید: "طبق اطلاعات ما، این اولین بار است که مردم از نور سنکروترون برای دیدن ساختار داربست­ های اکسید گرافن استفاده می­کنند. " در حالی که تا استفاده ­ی گسترده بالینی از این رویکرد جدید ممکن است هنوز سال­ ها باقی مانده باشد،Cerruti  فکر می­کند که کار آنها می­تواند سایر پژوهشگران را قادر سازد تا در مورد چگونگی تبدیل سلول­ های بنیادی به سلول­ های استخوانی اطلاعات بیشتری کسب کنند. او گفت: "شاید این منجر به درک بهتری از زیست شناسی استخوان­ ها شود که در غیر این صورت نمی فهمیدیم. شاید در کوتاه مدت بتوانیم از روش ­های آزمایشگاهی برای درک بهتر استخوان و شاید تولید داروهای جدید استفاده کنیم. "
منبع:                                 
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۲/۱۷/a-promising-new-approach-to-rebuild-bone-tissue

نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

روشی دوست‌دار محیط‌زیست برای تمیز کردن فیلترهای تصفیه فاضلاب

 | تاریخ ارسال: 1401/3/25 | 
فیلترهای غشایی برای تصفیه آب به انرژی زیادی نیاز ندارند و به همین دلیل برای تصفیه فاضلاب محبوب هستند. برای نگه داشتن این مواد در بهترین حالت، معمولاً آن­ها را با مقادیر زیادی از مواد شیمیایی قوی تمیز می­کنند، اما برخی از این عوامل در این فرآیند غشاها را از بین می­برند. اکنون، پژوهشگرانی که درACS Applied   Materials & Interfaces  گزارش می­دهند، کاتالیزورهای نانوذرات قابل استفاده­ی مجدد را توسعه داده­اند که از گلوکز برای کمک به تجزیه موثر آلاینده­های داخل این فیلترها بدون آسیب رساندن به آن­ها کمک می­کند.
به طور معمول، مسدودیت فیلترهای فاضلاب کثیف با اسیدها، بازها یا اکسیدان­ های قوی برطرف می­شود. اکسیدان­ های حاوی کلر مانند سفید­کننده می­توانند سرسخت ­ترین زباله­ های آلی را تجزیه کنند؛ اما آن­ها همچنین به غشاهای پلی آمیدی که در اکثر سیستم‌های نانوفیلتراسیون تجاری هستند، آسیب می‌رسانند و محصولات جانبی سمی تولید می‌کنند. یک جایگزین ملایم ­تر برای سفید­کننده، پراکسید هیدروژن است، اما آلاینده­ ها را به آرامی تجزیه می­کند.
پیش از این، دانشمندان پراکسید هیدروژن را با اکسید آهن ترکیب کردند تا رادیکال­ های هیدروکسیل تشکیل دهند که کارایی پراکسید هیدروژن را در فرآیندی به نام واکنش فنتون بهبود می­بخشد. با این حال، برای واکنش فنتون و تمیز­کردن فیلترها، پراکسید هیدروژن و اسید اضافی مورد نیاز است که هزینه­ های مالی و زیست محیطی را افزایش می­دهد. یکی از راه­ های جلوگیری از این مواد شیمیایی اضافی، استفاده از آنزیم گلوکز اکسیداز است که به طور همزمان پراکسید هیدروژن و اسید گلوکونیک را از گلوکز و اکسیژن تشکیل می­دهد. بنابراین، Jianquan Luo  و همکارانش می‌خواستند گلوکز اکسیداز و نانوذرات اکسید آهن را در سیستمی ترکیب کنند که تجزیه آلاینده‌های مبتنی بر فنتون را کاتالیز کند و یک سیستم تمیزکننده کارآمد و ظریف برای فیلترهای غشایی ایجاد کند.
ابتدا، پژوهشگران حذف آلاینده­ های آلی از فیلترهای پلی آمیدی توسط آنزیم گلوکز اکسیداز و نانوذرات اکسید آهن را با سایر روش­های تمیز کردن، از جمله واکنش سنتی فنتون مقایسه کردند. آن­ها دریافتند که این رویکرد در تجزیه آلاینده­ های رایج بیسفنول A و متیلن­ بلو برتر است؛ در حالی که ساختار غشایی را نیز حفظ می­کند.
این تیم که برای نتایج اولیه ­ی خود تشویق شدند، گلوکز اکسیداز و اکسید آهن را در یک نانوذره ترکیب کردند و آن­ها را با یک پل آمینه به هم متصل کردند. در نهایت، آن­ها توانایی نانوذرات جدید را برای تمیز­کردن غشاهای نانوفیلتراسیون آغشته به متیلن بلو، که آن­ها را برای سه چرخه رسوب کرده و تمیز کردند، آزمایش کردند. پس از هر چرخه تمیز کردن، نانوذرات با آهنربا بازیابی شدند و با گلوکز تازه برای فعال­ کردن کاتالیزور دوباره استفاده شدند. نانوذرات در تمیز کردن غشاها بسیار مؤثر بودند و آن­ها را به ۹۴ درصد ظرفیت اولیه تصفیه آب بازگرداندند. از آنجایی که نانوذرات به مواد شیمیایی قوی نیاز ندارند و به راحتی قابل بازیابی هستند، پژوهشگران می­گویند سیستم جدید آن­ها رویکردی "دوست­دار محیط­ زیست ­تر" و مقرون به صرفه­ تر برای تمیز کردن غشاهای نانوفیلتراسیون است.

منبع:                                 
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۳/۲/a-greener-way-to-clean-wastewater-treatment-filters
نویسندگان:
دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

 

۲۰۲۲ - سال بین‌المللی شیشه

 | تاریخ ارسال: 1400/12/14 | 
بسیار واضح است که این روزها در همه جا شیشه می­بینیم.
شیشه ما را تحریک می‌کند که بیشتر و بیشتر به آن نگاه کنیم تا به کارهای مهمی که انجام می‌دهد توجه کنیم. شیشه بسیاری از جنبه­ های حیاتی زندگی ما را ممکن می­سازد و آگاهی از نقشی که ایفا می­کند هرگز بیشتر از این نبوده ­است. شیشه زندگی ما را آسان­ تر، ایمن­ تر، سریع­ تر و بهتر می­کند. همچنین می­تواند دنیای رنگین­ تری را ایجاد کند. شیشه در حال تبدیل شدن به یک کالای داغ است.
بنابراین انتخاب سال ۲۰۲۲ به عنوان سال بین­ المللی شیشه توسط مجمع عمومی سازمان ملل متحد (سازمان ملل)، مناسب است.
البته در موزه شیشه کورنینگ، در ۷۰ سال گذشته شیشه را جشن می‌گیریم؛ بنابراین دیدن شیشه به عنوان ماده ­ای باورنکردنی و همه‌کاره، برای ما تعجب‌آور نیست. این یک ماده باستانی است اما همچنان قدرت و پتانسیل را برای دنیایی که امروز در آن زندگی می­کنیم به ارمغان می ­آورد. شیشه و دمیدن شیشه، راه­ هایی برای اتصال ما به قرن­ها سنت، نوآوری و همچنین دروازه ­هایی به سوی آینده و امکانات بی پایانِ در انتظار هستند.
کمپینی برای به رسمیت شناختن شیشه توسط سازمان ملل متحد برای اولین بار توسط کمیسیون بین المللی شیشه در سال ۲۰۱۸ پیشنهاد شد و به زودی پس از آن سرعت گرفت. هنگامی که این ایده به موزه شیشه کورنینگ ارائه شد، به طور کامل توسط رهبری و کارکنان موزه مورد استقبال قرار گرفت و توسط استیو گیبز، مدیر ارشد بازنشسته، توسعه تجارت/فناوری شیشه داغ که در پیشبرد این تلاش در بین المللی نقش داشت، حمایت شد. انجمن هنر شیشه این نام­گذاری رسمی توسط سازمان ملل در سال ۲۰۲۲ را به عنوان سال بین­ المللی شیشه، صحنه ­ای را برای جشن گرفتن یکی از متحول­ کننده­ ترین و باستانی­ ترین مواد ساخته شده از شن و ماسه در جهان فراهم می­کند. شیشه شفاف، بادوام و دارای توانایی انتقال نور است که مانند هیچ ماده­ ی دیگر شناخته شده توسط بشر نیست. برای هزاران سال، شیشه جهان ما را از اختراع بطری به لامپ شکل داده و تبدیل کرده و عصر اطلاعات را فعال کرده­ است؛ زیرا ما اکنون با سرعت نور از طریق شیشه با هم ارتباط برقرار می­کنیم. به ما بپیوندید تا سال بین­ المللی شیشه را جشن بگیریم، زیرا جهان در عصر شیشه وارد آینده­ ی ما می­شود.
علیرغم تاخیرهای ناشی از همه­ گیری جهانی کووید-۱۹، مجمع عمومی سازمان ملل متحد برای تصویب قطعنامه­ ای در ۱۸ می ۲۰۲۱ تشکیل جلسه داد. این قطعنامه اذعان دارد که شیشه برای قرن­ها بشر را همراهی کرده ­است و کیفیت زندگی میلیون­ ها نفر را غنی می­کند. به عنوان یکی از مهم‌ترین، همه‌کاره‌ترین و متحول‌کننده‌ترین مواد تاریخ، شیشه جزء مهمی در بسیاری از زمینه‌ها از جمله در بخش هوافضا و خودروسازی، معماری، هنر، اطلاعات و ارتباطات، انرژی و سلامت است.
ما امسال، سال آینده و هر سال به جشن شیشه ادامه خواهیم داد.
منبع:                               
https://blog.cmog.org/۲۰۲۱/۰۷/۲۰/۲۰۲۲-the-international-year-of-glass/

نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

حس کردن و تصویربرداری برتر در مقیاس نانو با پروب های بهینه شده ی الماس

 | تاریخ ارسال: 1400/12/14 | 
از کشف میکروارگانیسم­ ها در زمینه زیست ­شناسی گرفته تا تصویربرداری از اتم ­ها در زمینه فیزیک، تصویربرداری میکروسکوپی درک ما از جهان را بهبود بخشیده ­است و باعث پیشرفت­ های علمی بسیاری شده ­است. اکنون، با ظهور spintronics و دستگاه‌های مغناطیسی مینیاتوری، نیاز روزافزونی به تصویربرداری در مقیاس نانومتری برای تشخیص ویژگی‌های کوانتومی ماده، مانند اسپین‌های الکترون، ساختار حوزه مغناطیسی در فرومغناطیس‌ها، و پیچ‌های (vortices) مغناطیسی در ابررساناها وجود دارد.
به طور معمول، این کار با تکمیل تکنیک‌های میکروسکوپ استاندارد، مانند میکروسکوپ تونلی روبشی و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، با حسگرهای مغناطیسی برای ایجاد «پروب­های مغناطیس‌سنجی روبشی» که می‌توانند به حس ­کردن و تصویربرداری در مقیاس نانو دست یابند، انجام می‌شود. با این حال، این پروب­ ها اغلب به شرایط خلاء فوق‌العاده بالا، دماهای بسیار پایین نیاز دارند و از نظر تفکیک مکانی به دلیل اندازه ­ی پروب، محدود هستند.
در این راستا، مراکز خالی نیتروژن (NV) در الماس (نقص در ساختار الماس تشکیل شده توسط اتم­های نیتروژن در مجاورت "جای خالی" ایجاد شده توسط اتم­های از دست رفته) توجه قابل توجهی به دست آورده­ اند. جفت NV را می­توان با AFM ترکیب کرد تا تصویربرداری مغناطیسی محلی را انجام دهد و می­تواند در دما و فشار اتاق کار کند. با این حال، ساخت این پروب‌ها شامل تکنیک‌های پیچیده‌ای است که امکان کنترل زیادی بر شکل و اندازه پروب را نمی‌دهد.
 در یک مطالعه جدید که توسط دانشیار Toshu An از مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته ژاپن (JAIST) و Yuta Kainuma، دانشجوی دکتری JAIST، با همکاری پژوهشگران دانشگاه Kyoto، ژاپن، و موسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته ژاپن انجام گرفت، به این موضوع پرداختند و پروب­ های الماس میزبان NV را با استفاده از یک روش جدید ترکیبی از برش لیزر و پرتو یون متمرکز (FIB) ساختند که هم درجه بالایی از آزادی فرآوری و هم کنترل بر شکل پروب را امکان­ پذیر می­کند. این مقاله در مجله Applied Physics منتشر شده ­است.
 برای شروع، این تیم مراکز N-V را در الماس بالک با کاشت یون­ های نیتروژن در آن ایجاد کردند. سپس سطح مقابل را صیقل دادند و چندین قطعه میله­ ای شکل را با برش لیزری تولید کردند. آن­ها یکی از میله­ های الماس را به نوک یک پروب AFM وصل کردند و از فرآوری FIB برای تبدیل سطح جلوی میله الماس به شکل نهایی پروب استفاده کردند. از یون‌های گالیوم برای شکل دادن به پروب در روش FIB  استفاده می‌­شود. با این حال، این یون‌ها می‌توانند جای خالی در ساختار الماس ایجاد کنند و حالت شارژ در عیب NV را تغییر دهند. برای جلوگیری از هر گونه آسیب به مرکز NV، ما از یک الگوی آسیاب دونات شکل در اطراف مرکز پروب استفاده کردیم. پروب نهایی یک میکروستون متشکل از ۱۰۳ مرکز NV با قطر ۳/۱ میکرومتر و طول ۶ میکرومتر بود.
با استفاده از این پروب، این گروه از ساختار دامنه مغناطیسی دوره­ای در یک نوار مغناطیسی تصویربرداری کردند. دکتر An توضیح می‌دهد: "ما میدان‌های مغناطیسی سرگردان را از ساختار حوزه مغناطیسی با نقشه ­برداری شدت فوتولومینسانس در یک فرکانس ثابت مایکروویو و فرکانس‌های تشدید در طیف‌های تشدید مغناطیسی تشخیص‌داده‌شده نوری تصویر کردیم. این تیم خوشبین است که روش ساخت جدید، کاربرد پروب­های تصویربرداری کوانتومی را گسترش دهد. در سال­ های اخیر، توسعه دستگاه­ های جدید برای حل مشکلات زیست محیطی و انرژی و تحقق شکوفایی پایدار جامعه بشری مورد کاوش بوده ­اند. انتظار می­رود فناوری اندازه ­گیری و سنجش کوانتومی، سیستمی را که زیرساخت­های اجتماعی را پشتیبانی می­کند، در آینده اصلاح کند. از این نظر، تکنیک ساخت ما می‌تواند به افزایش تلاش‌ها برای تحقق تصویربرداری کوانتومی در مقیاس نانو کمک کند.
منبع:

https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۱/۱۴/toward-superior-nanoscale-sensing-and-imaging-with-optimized-diamond-probes
نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

گرافن می تواند جایگزین فلز کمیاب مورد استفاده در صفحه نمایش تلفن همراه شود

 | تاریخ ارسال: 1400/10/27 | 
گرافن می تواند جایگزین فلز کمیاب مورد استفاده در صفحه نمایش تلفن همراه شود
پژوهشگران دانشگاه Paragraf و Queen Mary لندن، ساخت موفقیت‌آمیز یک دیود ساطع­ کننده­ ی نور آلی (OLED) را با یک آند گرافن تک لایه به عنوان جایگزین ITO در دیودهای ساطع ­کننده نور آلی نشان دادند. این مطالعه جدید در مجله Advanced Optical Materials منتشر شده است.
ایندیوم یکی از ۹ عنصر کمیاب در پوسته زمین است و در فهرست مواد حیاتی اتحادیه اروپا قرار دارد. با این حال، بیشتر به شکل اکسید قلع ایندیوم (ITO) و بخش کلیدی صفحه نمایش لمسی در تلفن­های همراه و رایانه­ های ما به طور گسترده استفاده می­ شود. اکثر خانه­ ها دارای اقلام زیادی حاوی ایندیوم هستند، از آن در تلویزیون­ های صفحه تخت، پنل­ های خورشیدی و همچنین چراغ­های LED در خانه­ ها استفاده می شود.
این پژوهش نوآور با بودجه انگلستان راه را به روی تغییر اساسی در آینده بر پتانسیل دستگاه­های با فناوری پیشرفته با حذف عنصر محدودکننده­ ی ایندیوم باز می­کند.
پروفسور Colin Humphreys از Paragraf و Queen Mary می­ گوید: "به دلیل اهمیت و کمیاب بودن، تلاش­های زیادی برای جایگزینی ITO صورت گرفته است؛ اما تاکنون هیچ ماده­ ای یافت نشده ­است که عملکرد مشابهی در یک دستگاه الکترونیکی یا نوری داشته باشد. "
مقاله­ ی ما، اولین مقاله در جهان است که نشان می‌دهد گرافن می‌تواند جایگزین ITO در یک دستگاه الکترونیکی-اپتیکی شود. ما نشان داده‌ایم که یک گرافن-OLED  عملکرد یکسانی با یک ITO-OLED دارد ITO-OLED .به طور گسترده به عنوان صفحه لمسی در تلفن­های همراه مان استفاده می‌شود.
گرافن یک لایه منفرد از اتم­های کربن است. کربن در زمین بسیار فراوان است و برخلاف ایندیوم یک ماده پایدار است.
هنگامی که گرافن به شکل پولک­ های کوچک کشف شد، به دلیل خواص فوق­ العاده­، ماده شگفت انگیز نامیده شد. با این حال، سازمان­هایی مانند IBM، اینتل و سامسونگ نتوانسته­ اند رشد گرافن را افزایش دهند تا بتوان از آن در دستگاه ­های الکترونیکی استفاده کرد. Paragraf روش جدیدی را برای تولید گرافن با سطح بزرگ و مناسب برای چنین دستگاه­ هایی ایجاد کرده­ است.
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۲/۱/۱۰/graphene-could-replace-rare-metal-used-in-mobile-phone-screens
نویسندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

کنفرانس بین المللی سرامیک های پیشرفته و کامپوزیت ها

 | تاریخ ارسال: 1400/10/18 | 
کنفرانس بین ­المللی سرامیک­های پیشرفته و کامپوزیت­ ها
 
چهل و ششمین کنفرانس و نمایشگاه بین­ المللی سرامیک و کامپوزیت­ های پیشرفته (ICACC'22) از 23 تا 28 ژانویه 2022 در ساحل Daytona، فلوریدا برگزار خواهد شد. این کنفرانس دارای سابقه قوی در برگزاری برترین نشست بین ­المللی در مورد سرامیک­های ساختاری و کاربردی پیشرفته، کامپوزیت­ ها و همچنین سایر مواد و فناوری­ های سرامیکی در حال ظهور است. بخش مهندسی سرامیک (ECD) انجمن سرامیک آمریکا، این رویداد را از سال 1977 سازماندهی کرده است. به دلیل کیفیت بالای ارائه­ های فنی و فرصت­های تعامل منحصر به فرد، این رویداد مورد توجه جهانی قرار گرفته و مشارکت فعال پژوهشگران و توسعه­ دهندگان سرامیک را از طرف جامعه فنی جهانی به لطف تعهد و حمایت اعضای ما به خود جلب کرده­ است.
این برنامه دارای 18 نشست، پنج جلسه متمرکز، یک جلسه متمرکز ویژه در زمینه تنوع، کارآفرینی و تجاری­ سازی و همچنین یازدهمین مجمع جهانی پژوهشگران جوان است. این جلسات فنی، متشکل از هر دو ارائه­ های شفاهی و پوستری است که یک انجمن آزاد برای دانشمندان، پژوهشگران و مهندسان از سراسر جهان برای ارائه و تبادل یافته­ ها در مورد پیشرفت­های اخیر در جنبه­ های مختلف مرتبط با علم و فناوری سرامیک را فراهم می­کند.
 
 
منبع:

https://ceramics.org/event/46th-international-conference-and-expo-on-advanced-ceramics-and-composites
گردآورندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گوذرزی

کنفرانس الکتروسرامیک ۲۰۲۲

 | تاریخ ارسال: 1400/10/14 | 
کنفرانس الکتروسرامیک ۲۰۲۲
مجموعه کنفرانس‌های دوسالانه­ی Electroceramics در اواخر دهه ۱۹۸۰ تأسیس شد و یکی از بسترهای بین‌المللی مرکزی برای پژوهشگران دانشگاهی و صنعتی برای بحث و تبادل نظر در مورد پیشرفت‌ها، اکتشافات و روندهای نوظهور در زمینه مواد الکتروسرامیک و کاربردهای آن است.
از اولین ویرایش، مجموعه کنفرانس­های الکتروسرامیک بر جنبه­ها و موضوعات مختلف مواد الکتروسرامیک، به صورت تک و چند بلوری بالک و همچنین به صورت لایه­های نازک یا ضخیم متمرکز شده­است. بنابراین ایده­ی شبکه­ی الکتروسرامیک، گرد هم آوریِ دانشگاهیان و پژوهشگران صنعتی، دانشمندان جوان و دانشجویان دکتری، به منظور تبادل و به اشتراک گذاشتن نتایج جدید و نوآورانه در تمام جنبه‌های الکتروسرامیک است.
از سال ۲۰۱۶، کنفرانس­های الکتروسرامیک توسط ECerS برگزار می­شود.
کنفرانس بعدی الکتروسرامیک با عنوان Electroceramics XVIII از ۱۰ الی ۱۴ جولای سال ۲۰۲۲ در کراکوف لهستان، به طور مشترک با کنفرانس­های ECerS XVII و ICC۹ سازمان­دهی می­شود.
                                                        
 

 
 
 
منبع:
https://ecers.org/electroceramics-conferences
https://ecers.org/news/۱۰۹/۳۹۸/۰۷۲۲-Ceramics-in-Europe-۲۰۲۲/d,ceramic_details_conferences
 
 گردآورندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

جمع آوری عناصر کمیاب خاکی از زباله های الکترونیکی

 | تاریخ ارسال: 1400/10/13 | 
جمع ­آوری عناصر کمیاب خاکی از زباله­ های الکترونیکی
سازندگان برای ایجاد آهنرباهای قوی مورد استفاده در موتورهای الکترونیکی از جمله خودروهای هیبریدی، ژنراتورهای هواپیما، بلندگوها، هارد دیسک‌ها و هدفون‌های داخل گوش، به عناصر کمیاب خاکی مانند نئودیمیم متکی هستند. اما دسترسی به ذخایر معدنی حاوی نئودیمیم سخت است و تنها در چند نقطه از زمین یافت می­شود.
با افزایش نیاز به نئودیمیم در چندین صنعت، توجه به بازیافت عناصر موجود در رایانه‌های قدیمی و بردهای مدار چاپی، به عنوان زباله‌های الکترونیکی، برای پاسخگویی به تقاضا معطوف شده­است. اما جداسازی عناصر ارزشمند از سایر مواد معدنی و اجزای موجود در زباله­های الکترونیکی یک چالش است.
امیر شیخی، استادیار مهندسی شیمی و مهندسی زیست پزشکی Penn State، در مقاله‌ی اخیر در مجله Chemical Engineering، نانوفناوری جدیدی را برای جداسازی نئودیمیم با استفاده از سلولز گیاهی که در کاغذ، پنبه و خمیر کاغذ یافت می‌شود، توضیح می‌دهد. Patrictia Wamea، یکی از اعضای سابق آزمایشگاه شیخی که در ماه می با مدرک کارشناسی ارشد علوم فارغ التحصیل شد، در نویسندگی این مقاله مشارکت داشت و جایزه سالانه بهترین مقاله وزارت مهندسی شیمی Penn State را در پاییز ۲۰۲۱ به خاطر مشارکت­هایش دریافت کرد. به گفته شیخی، در این فرآیند، نانوبلورهای سلولز مویی، نانوذراتی که از فیبرهای سلولز به دست می‌آیند، به طور انتخابی به یون‌های نئودیمیم متصل می‌شوند و آن­ها را از سایر یون‌ها مانند آهن، کلسیم و سدیم جدا می‌کنند. این نانوذرات به دلیل زنجیره‌های سلولزی متصل به دو سرشان که عملکردهای شیمیایی حیاتی را انجام می‌دهند، به عنوان «مویی» ،hairy، شناخته می‌شوند. برای انجام این کار، پژوهشگران لایه‌های مویی نانوذرات را به منظور جذب و اتصال با یون‌های با بار مثبت نئودیمیم، با بار منفی باردارکردند و در نتیجه ذرات را به قطعات بزرگ‌تری تبدیل کردند که می‌توانند به طور موثر بازیافت شوند و دوباره مورد استفاده قرار گیرند. شیخی گفت: این فرآیند در ظرفیت حذف، گزینش­پذیری و سرعت آن موثر است. همچنین می‌تواند با حذف انتخابی عنصر از برخی ناخالصی‌های آزمایش شده، نئودیمیم را در چند ثانیه جدا کند.
به گفته شیخی، فرآیندهای فعلی بازیافت عناصر خاکی کمیاب برای محیط زیست مضر هستند. آن­ها اغلب از شرایط بسیار اسیدی برای استخراج عناصر در واکنش­های شیمیایی استفاده می­کنند. فرآیند شیخی به دلیل استفاده از سلولز به عنوان منبعی تجدیدپذیر و ارزان قیمت، سازگار با محیط­زیست است. فرآیند استخراج سنتی خطرناک و پرهزینه است و اثرات زیان­بار محیطی ناشی از استخراج روباز دارد. شیخی گفت: استفاده از سلولز به عنوان عامل اصلی، راه­حلی پایدار، مقرون به صرفه و پاک است. با استفاده از این فرآیند، ایالات متحده قادر خواهد بود با غول­های دیگر مانند چین برای بازیابی مواد کمیاب خاکی و تولید مستقل آن­ها رقابت کند. چین بزرگترین صادرکننده نئودیمیم است که بیش از ۷۰ درصد از عرضه جهانی مواد را صادر می­کند.
علاوه بر زباله‌های الکترونیکی، عناصر خاکی کمیاب مانند نئودیمیم را می‌توان از پساب‌های صنعتی، معدن و آهن‌رباهای دائمی استخراج کرد که دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. شیخی گفت که امیدوار است فرآیند جذب مبتنی بر سلولز در آینده در این منابع نیز اعمال شود. شیخی گفت: این کمک به بازیافت خاک­های کمیاب تأثیر استراتژیک و اقتصادی بر چندین صنعت خواهد داشت. هرچه نئودیمیم بیشتری بازیافت کنیم، بیشتر می‌توانیم وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی و توربین‌های بادی تولید کنیم که منجر به فشار کمتری بر محیط‌زیست می‌شود.
منبع:

https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۱۱/۲۵/salvaging-rare-earth-elements-from-electronic-waste
گرد آورندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی

پژوهشگران مواد پایداری برای سلول‌های خورشیدی کارآمدتر ایجاد می‌کنند

 | تاریخ ارسال: 1400/10/5 | 
پژوهشگران مواد پایداری برای سلول­های خورشیدی کارآمدتر ایجاد می­کنند
پژوهشگران دانشگاه Queen Mary لندن، فرآیند جدید تولید مواد پروسکایتی پایدار را برای ایجاد سلول‌های خورشیدی کارآمدتر، توسعه داده‌اند.
سیلیکون بلوری پرمصرف­ترین ماده برای سلول­های خورشیدی است. با­این حال، در طول دهه گذشته، سلول­های خورشیدی پروسکایتی، ساخته شده از مواد پروسکایت هالید فلزی، نوید ساخت سلول­های خورشیدی ارزان­تر و کارآمدتر از سیلیکون را داده­ اند. اما در حالیکه اکنون سلول­های خورشیدی پروسکایت می­توانند از نظر کارایی با سلول­های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون تثبیت شده رقابت کنند، یک چالش کلیدی که هنوز به آن توجه نشده­ است، ناپایداری شیمیایی آنهاست. مواد پروسکایتی به رطوبت، اکسیژن و حتی نور بسیار حساس هستند؛ به این معنی که می­توانند به سرعت در هوا تجزیه شوند.
یکی از مواد پروسکایتی، فرمامیدینیم پروسکایت، می­تواند به حل این مشکل کمک کند؛ زیرا ساختار بلوری خالص و سیاه رنگ آن، معروف به FAPbI۳، از نظر شیمیایی پایدارتر از بسیاری از پروسکایت­های دیگر است. خواص نوری آن نیز برای جذب نور و تولید برق پربازده در سلول خورشیدی نسبت به مواد پروسکایت موجود بسیار مناسب­ تر است. بااین­حال، ایجاد این شکل سیاه و پایدار از ماده دشوار است و اغلب می‌تواند فاز زرد رنگی را تشکیل دهد که برای سلول‌های خورشیدی مناسب نیست.
در مطالعه­ای که در مجله Advanced Materials چاپ شده ­است (بلوری کردن بدون افزودنی و در دمای پایین پروسکایت پایدار α-FAPbI۳)، پژوهشگران فرآیند جدیدی را برای ایجاد FAPbI۳ توصیف می­کنند.
یکی از چالش‌های ساخت FAPbI۳ این است که دمای مورد استفاده بالای (۱۵۰ درجه سانتی‌گراد) می‌تواند باعث کشیده شدن بلور‌های درون ماده شود و آن­ها را تحت فشار قرار دهد که به نفع فاز زرد رنگ است. در حالیکه برخی گزارش‌های پیشین از مقادیر کمی از مواد شیمیایی اضافی یا افزودنی‌ها برای کمک به تشکیل FAPbI۳ در این شرایط استفاده کرده‌اند، کنترل یکنواختی و مقادیر این افزودنی‌ها هنگام ساخت سلول‌های خورشیدی در مقیاس بسیار زیاد می‌تواند بسیار سخت باشد. همچنین تأثیر بلندمدت حضور آن­ها هنوز مشخص نیست.
رویکرد جدیدی که در این مطالعه توضیح داده شد، استفاده از فیلم‌های FAPbI۳ در معرض یک آئروسل حاوی مخلوطی از حلال‌ها در دمای پایین‌تر (۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) است. پژوهشگران دریافتند که در مقایسه با روش‌های دیگر که ممکن است حدود ۲۰ دقیقه زمان ببرد، می‌توانند پس از یک دقیقه فاز سیاه بسیار پایدار FAPbI۳ را تشکیل دهند. آن‌ها همچنین نشان می‌دهند که دمای پایین‌تر استفاده شده به آرامش بلور‌های درون ماده کمک می‌کند. دکتر Joe Briscoe، خواننده­ی مواد و دستگاه‌های انرژی در Queen Mary، گفت: فرمامیدینیم پروسکایت خالص می‌تواند سلول‌های خورشیدی پروسکایتی را تولید کند که کارآمدتر و پایدارتر از پروسکایت‌های هیبریدی دیگر بر پایه متیل آمونیوم هستند. این می‌تواند برای تجاری‌سازی این فناوری بسیار مهم باشد، به‌ویژه که این فرآیند را می‌توان به راحتی صنعتی کرد.
 در این مطالعه، ما یک رویکرد جدید و کارآمدتر برای ایجاد فرمامیدینیم پروسکایت سیاه خالص و پایدار FAPbI۳ نشان داده‌ایم. از آنجایی که فرآیند ما از ساختار سلول خورشیدی پروسکایت معکوس و دمای آنیل پایین‌تر استفاده می‌کند، این نیز آن را برای ساخت سلول‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر روی پلاستیک بسیار مناسب می‌کند که می‌تواند کاربردهای زیادی برای مثال در لباس‌ها و وسایل نقلیه داشته باشد.
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۱۲/۱۶/scientists-create-stable-materials-for-more-efficient-solar-cells

گردآورندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان_مهندس ریحانه گودرزی

توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی بسیار تغییر شکل‌پذیر برای دستگاه‌های لمسی

 | تاریخ ارسال: 1400/8/26 | 
توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی بسیار تغییر شکل ­پذیر برای دستگاه­های لمسی
با افزایش اهمیت محیط‌های غیر تماسی به دلیل COVID-۱۹، دستگاه‌های الکترونیکی لمسی با استفاده از فناوری لمس (haptic) به‌عنوان رسانه‌های ارتباطی جدید مورد توجه قرار می‌گیرند.
فناوری لمس در طیف گسترده­ای از زمینه­ها مانند روباتیک یا نمایشگرهای تعاملی استفاده می­شود. دستکش­های لمسی برای فناوری ارتباطات اطلاعات تقویت شده استفاده می­شود. مواد پیزوالکتریک کارآمدی که می­توانند محرک­های مکانیکی مختلف را به سیگنال­های الکتریکی تبدیل کنند و بالعکس، پیش­نیازی برای پیشرفت فناوری لمسی با کارایی بالا هستند.
یک تیم پژوهشی به سرپرستی پروفسور Seungbum Hong پتانسیل دستگاه‌های لمسی را با توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی که تا سه برابر تغییر شکل‌پذیرتر هستند، تأیید کردند. برای ساخت نانومواد بسیار تغییر شکل­پذیر، تیم پژوهشی یک نانوساختار توخالی اکسید­روی با استفاده از نانوالگوسازی میدان مجاور و رسوب لایه اتمی ساختند.
ضریب پیزوالکتریک تقریباً pm/V ۲/۹ اندازه‌گیری شد و آزمایش فشرده‌سازی نانومیله، حد کرنش الاستیک تقریباً ۱۰% را نشان داد که سه برابر بیشتر از اکسید روی بالک است. سرامیک­های پیزوالکتریک دارای ضریب پیزوالکتریک بالا با محدودیت کرنش الاستیک کم هستند؛ در­حالی­که عکس این امر برای پلیمرهای پیزوالکتریک صادق است. بنابراین، دستیابی به عملکرد خوب در هر دو ضرایب پیزوالکتریک بالا و همچنین محدودیت‌های کرنش الاستیک بالا بسیار چالش برانگیز بوده­است. برای شکستن حد الاستیک سرامیک­های پیزوالکتریک، تیم پژوهشی یک نانوساختار توخالی خرپایی سه­بعدی با دیواره­های نازک در مقیاس نانومتری معرفی کردند. با توجه به معیار گریفیث، استحکام شکست یک ماده با جذر اندازه عیب موجود، نسبت معکوس دارد. با­این­حال، یک نقص بزرگ به میزان کمتری در یک ساختار کوچک رخ می­دهد که به نوبه خود، استحکام مواد را افزایش می­دهد. بنابراین، اجرای فرم یک نانوساختار توخالی خرپایی سه­بعدی با دیواره­های نازک در مقیاس نانومتری می­تواند حد الاستیک ماده را افزایش دهد. علاوه­بر­این، یک ساختار سه­بعدی یکپارچه می­تواند در برابر فشارهای بالا در همه­ی جهات مقاومت کند و همزمان از خسارت ناشی از گلوگاه جلوگیری کند. پیش از این، کنترل خاصیت شکست مواد سرامیکی پیزوالکتریک به دلیل واریانس زیاد در اندازه‌های ترک دشوار بود. با­این­حال، تیم پژوهشی از نظر ساختاری، اندازه ترک را برای مدیریت خواص شکست محدود کرد.
نتایج پروفسور Hong پتانسیل توسعه مواد پیزوالکتریک سرامیکی بسیار تغییر شکل­پذیر را با بهبود حد الاستیک با استفاده از یک نانوساختار توخالی سه­بعدی نشان می­دهد. از آنجایی که اکسیدروی دارای ضریب پیزوالکتریک نسبتاً پایینی در مقایسه با سایر مواد سرامیکی پیزوالکتریک است، استفاده از ساختار پیشنهادی برای چنین اجزایی نتایج بهتری را از نظر فعالیت پیزوالکتریکی وعده می‌دهد.
پروفسور Hong گفت: "با ظهور عصر غیرتماسی، اهمیت ارتباطات عاطفی در حال افزایش است. از طریق توسعه فناوری‌های جدید تعامل لمسی، علاوه بر ارتباطات دیداری و شنیداری کنونی، بشر وارد عصر جدیدی می‌شود که در آن می‌تواند با هر کسی با استفاده از هر پنج حس و بدون توجه به موقعیت مکانی ارتباط برقرار کند، انگار که شخصاً با آن­ها هستند. "در­حالی­که تحقیقات بیشتری باید برای تحقق کاربرد طرح­های پیشنهادی برای دستگاه­های تقویت­کننده لمسی انجام شود، این مطالعه به دلیل حل یکی از چالش برانگیزترین مسائل در استفاده از سرامیک­های پیزوالکتریک ارزش بالایی دارد و به ویژه فرصت­های جدیدی را برای استفاده از آن­ها با غلبه بر محدودیت­های مکانیکی می­گشاید.

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع:
https://www.azom.com/news.aspx?newsID=۵۵۴۷۹

انتخابات هیات مدیره انجمن صنفی تولیدکنندگان کاشی و سرامیک کشور

 | تاریخ ارسال: 1400/9/13 | 

کنفرانس سیمان

 | تاریخ ارسال: 1400/8/26 | 
کنفرانس سیمان
Cemtech Americas ۲۰۲۱
۲۳ و ۲۴ نوامبر ۲۰۲۱

این کنفرانس مجازی شامل ارائه ­هایی از رهبران صنعت منطقه و کارشناسان فناوری در رابطه با آخرین تحولات منطقه است و برخی از بازارهای پیشرو جهان از جمله ایالات متحده امریکا، مکزیک، کلمبیا و برزیل را در­بر­می­گیرد.
موضوعات کلیدی مرتبط با بخش سیمان منطقه ­ای:
  • به­روزرسانی صنعت و روند بازار در سراسر قاره آمریکا
  • بهترین روش در فناوری تولید
  • نقشه راه فناوری و روندهای کربن­زدایی
این برنامه دیدگاه­ های کلیدی در مورد بهترین شیوه تولید سیمان از جمله تعمیر و نگهداری و بهره ­وری عملیاتی، فرآوری حرارتی و سوخت ­های جایگزین، کنترل کیفیت و توسعه محصول، سیستم های آسیاب، کنترل فرآیند پیشرفته و دیجیتالی­ سازی، تدارکات سیمان و بتن آماده، کنترل انتشار، جابه ­جایی مواد بالک و طراحی ترمینال، سیمان با دی­ اکسید­کربن کم و خاک رس کلسینه شده را پوشش خواهد داد.
 
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: 
  https://www.cemnet.com/Conference/Item/۱۸۸۲۲۰/cemtech-americas-۲۰۲۱.html

 

شیشه الماسی پنهان در آینده ی بدون کربن است!

 | تاریخ ارسال: 1400/8/26 | 
شیشه الماسی پنهان در آینده ی بدون کربن است!
 بازیافت شیشه باعث تخریب آن نمی شود و تولید شیشه می تواند بدون استفاده از کربن صورت گیرد. پس چرا بسیاری از کشورها هنوز شیشه را در زمین دفن می کنند؟
 شیشه را میتوان بی نهایت مرتبه بازیافت کرد، بدون اینکه خاصیت خود را از دست بدهد. پس چرا بیشتر کشورها - به استثنای کشورهای اروپایی - هنوز بیشتر شیشه های خود را دفن می کنند؟ طبق گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، در سال ۲۰۱۸، ایالات متحده به تنهایی تقریباً ۷ میلیون تن شیشه را در محل های دفن زباله تخلیه کرد که ۵.۲ درصد از کل زباله های جامد شهری را تشکیل می دهد.
در سراسر جهان، تولید شیشه در هر سال حداقل ۸۶ میلیون تن دی اکسید کربن تولید می کند. اما بسیاری از این موارد را می توان با بازیافت شیشه حذف کرد چراکه فناوری های موجود می توانند تولید شیشه را به فرآیندی عمدتاً بدون کربن تبدیل کنند. آنچه باید اتفاق بیفتد این است که کشورها بازیافت شیشه را اجباری کرده و ارسال شیشه به محل های دفن زباله را متوقف کنند.
 تولید برخی از این مواد می تواند با استفاده از شیشه های بازیافتی خرد شده که به نام cullet شناخته می شوند، انجام گیرد. هنگامی که کولت ذوب می شود، گازCO۲  آزاد نشده و کوره ها نیز مجبور نیستند برای ذوب شیشه به شدت بسوزند تا مواد خام ذوب شوند و همین امر باعث صرفه جویی بیشتر در مصرف کربن می گردد. به گفته ی فدراسیون شیشه مظروف اروپا (FEVE)، یک گروه صنعتی مستقر در بروکسل اظهار داشته اند که استفاده از ۱۰ درصد بیشتر cullet در یک کوره، انتشار CO۲ را به میزان ۵ درصد(در مقایسه با حالتی که شیشه کاملا از مواد خام تهیه می شود) کاهش داده است.
شایان ذکر است در بازیافت شیشه ها لازم است نکاتی مد نظر قرار گیرند. به عنوان مثال، نوع شیشه ای که برای ساختن پنجره ها استفاده می شود - که به عنوان شیشه تخت شناخته می شود - برخلاف شیشه های مورد استفاده در بسیاری از کاربردهای دیگر، نمی تواند حاوی ناخالصی باشد. بنابراین امکان ذوب شیشه های مربا برای گرفتن شیشه پنجره وجود ندارد. اما می توان از cullet های شیشه ای تخت برای ساخت شیشه های مسطح  استفاده کرد.
سه چهارم شیشه مورد استفاده برای ظروفی مانند بطری ها، در تمامی ۲۷ کشور عضو اتحادیه اروپا و بریتانیا به منظور بازیافت جمع آوری می گردد اما کشورهای دیگر در جایی که باید باشند نیستند! علاوه بر این، یافتن داده‌های مربوط به بازیافت شیشه ها دشوار است زیرا بیشتر کشورها گزارشی از آنچه انجام می‌دهند ارایه نداده و به نظر می رسد هیچ نهاد بین المللی برای جمع آوری داده های بازیافت شیشه وجود ندارد. با این حال، تلاش های ملی برای بهبود نرخ جمع آوری و بازیافت در حال انجام است. ایالات متحده به طور متوسط ​​فقط ۳۱٪ از ظروف شیشه ای خود را بازیافت می کند، اما یک موسسه بسته بندی شیشه ای در یک انجمن تجاری مستقر در ویرجینیا تلاش می کند تا این میزان را تا سال ۲۰۳۰ به ۵۰٪ افزایش دهد. به طور مشابه، پروژه ای که توسط شرکت بازیافت شیشه در ژوهانسبورگ اجرا شد، نرخ بازیافت را در سراسر آفریقای جنوبی از ۱۸ درصد در سال های ۲۰۰۵-۲۰۰۶ به ۴۲ درصد در سال های ۲۰۱۸-۱۹ افزایش داد.
شیشه یک ماده ضروری است و این امکان وجود دارد که ساخت آن در مدت زمان نسبتاً کوتاه و تقریباً بدون کربن انجام شود اما قانون گذاری هایی لازم است تا از درستی روش جمع آوری و بازیافت شیشه اطمینان حاصل گردد.


گردآورندگان: مهندس پریا شیخ
منبع: https://www.nature.com/articles/d۴۱۵۸۶-۰۲۱-۰۲۹۹۲-۸


کنفرانس خنثایی کربن با شیشه

 | تاریخ ارسال: 1400/8/8 | 
کنفرانس خنثایی کربن با شیشه
۲۵ و ۲۶ نوامبر ۲۰۲۱
 
شرایط اقلیمی خنثی و کربن ­زدایی، چالش­های بزرگ عصر ما برای تجارت و جامعه هستند. همچنین صنعت جهانی شیشه برای کمک به تولید کربن خنثی، وظیفه­ ی توسعه­ ی راه ­حل­های جایگزین را بر عهده دارد.
متخصصان صنعت و علم شیشه، بینش­های ارزشمندی را در مورد روند تحول، تحت عنوان کنفرانس "خنثایی کربن با شیشه"، در این صنعت ارائه می­دهند.
برای همه روشن است: چیزی باید تغییر کند.

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع: 
https://www.glassonline.com/glasstec-update-conference-carbon-neutrality-with-glass/

پژوهشگران پیل سوختی سرامیکی جدیدی ایجاد کرده‌اند که پایداری و عملکرد بالایی را ارائه می-دهد

 | تاریخ ارسال: 1400/8/5 | 
پژوهشگران پیل سوختی سرامیکی جدیدی ایجاد کرده­اند که پایداری و عملکرد بالایی را ارائه می­دهد 
محدوده کاربرد پیل­های سوختی سرامیکی که تا کنون تنها به دلیل مشکلات مربوط به راه اندازی­های مکرر برای تولید نیرو در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گرفته­ است، انتظار می­رود که در زمینه­ های جدیدی مانند وسایل نقلیه برقی، روبات­ها و هواپیماهای بدون سرنشین گسترش یابد. 
به موسسه علم و فناوری کره (KIST) اعلام کرد که تیمی به سرپرستی دکتر جی وون سون در مرکز تحقیقات مواد انرژی، از طریق پژوهش­های مشترک با پروفسور سونگ مین هان در موسسه پیشرفته علم و فناوری کره (KIST)، فناوری جدیدی را توسعه داده­است که با کاهش قابل توجه مقدار و اندازه کاتالیزور نیکل در آند با استفاده از فناوری فیلم نازک، فرسایش ناشی از چرخه اکسایش-کاهش را که عامل اصلی تخریب پیل سوختی سرامیکی است، مهار می­کند.
سلول­های سوختی سرامیکی، نماینده پیل­های سوختی با درجه حرارت بالا، عموماً در دمای بالا ۸۰۰ درجه سانتیگراد یا بالاتر عمل می­کنند. بنابراین، کاتالیزورهای ارزان قیمت، مانند نیکل، می­توانند در این سلول­ها استفاده شوند؛ در مقابل پیل­های سوختی الکترولیت پلیمری با دمای پایین که از کاتالیزورهای گران قیمت پلاتین استفاده می­کنند. نیکل معمولاً تقریباً ۴۰% حجم آند پیل سوختی سرامیکی را شامل می­شود. با این حال، از آنجا که نیکل در دماهای بالا تجمع می­یابد، هنگامی که پیل سوختی سرامیکی در معرض فرآیندهای اکسیداسیون و کاهش همراه با چرخه توقف راه ­اندازی مجدد قرار می­گیرد، گسترش غیرقابل کنترل رخ می­دهد. این منجر به تخریب کل ساختار پیل سوختی سرامیکی می­شود. این عیب کشنده مانع از تولید نیرو توسط پیل­های سوختی سرامیکی در مواردی می­شود که نیاز به راه ­اندازی مکرر دارد.
در تلاش برای غلبه بر این، تیم دکتر جی وون سون در KIST یک مفهوم جدید برای یک آند ایجاد کردند که حاوی نیکل کمتری است، فقط ۲۰/۱ پیل سوختی سرامیکی معمولی. این مقدار نیکل کاهش یافته باعث می­شود ذرات نیکل موجود در آند از یکدیگر جدا بمانند. برای جبران کاهش مقدار کاتالیزور نیکل، سطح نیکل از طریق تحقق ساختار آندی که در آن نانوذرات نیکل به طور مساوی در سراسر ماتریس سرامیک با استفاده از یک فرآیند رسوب لایه نازک توزیع شده­اند، به شدت افزایش می­یابد. در پیل­های سوختی سرامیکی که از این آند جدید استفاده می­کنند، هیچگونه خرابی یا تخریب عملکردی پیل­های سوختی سرامیکی حتی پس از بیش از ۱۰۰ چرخه اکسایش-کاهش، در مقایسه با پیل­های سوختی سرامیکی معمولی که پس از کمتر از ۲۰ چرخه از کار افتاد، مشاهده نشد. علاوه بر این، قدرت خروجی پیل­های سوختی سرامیکی با آند جدید، با وجود کاهش قابل توجه محتوای نیکل، ۵/۱ برابر سلول­های معمولی بهبود یافت. 
دکتر جی وون سون اهمیت این مطالعه را توضیح داد و اظهار داشت: "پژوهش­های ما در مورد پیل سوختی آند جدید به طور سیستماتیک در هر مرحله، از طراحی تا تحقق و ارزیابی، بر اساس درک ما از شکست اکسایش-کاهش انجام شد که یکی از عوامل اصلی تخریب پیل­های سوختی سرامیکی است. " دکتر سون همچنین اظهار داشت: "پتانسیل استفاده از این پیل­های سوختی سرامیکی در زمینه­ هایی غیر از نیروگاه­ها، مانند تحرک، بسیار زیاد است. "
گرداورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبعhttps://www.azom.com/news.aspx?newsID=۵۵۵۹۵
 

لایه‌های پیچ خورده‌ی MoS۲، مهندسی حالت‌های جدید ماده را امکان پذیر می‌کند

 | تاریخ ارسال: 1400/8/5 | 
لایه­ های پیچ خورده­ ی MoS۲، مهندسی حالت­های جدید ماده را امکان پذیر می­کند
تیمی از پژوهشگران آلمان، چین و ایالات متحده دریافتند که از دو لایه پیچ خورده MoS۲ می­توان برای کنترل مقیاس­های انرژی جنبشی در جامدات استفاده کرد. علاوه بر استفاده از زاویه­ ی چرخش برای کنترل خواص الکترونیکی مواد، پژوهشگران اکنون نیز ثابت کرده­اند که الکترون­های موجود در MoS۲ می­توانند به طور مخرب تداخل ایجاد کرده و حرکت آن­ها را برای مسیرهای خاص متوقف کنند. این ویژگی مهندسی حالت­های مغناطیسی عجیب را ممکن می­سازد.
پژوهش دانشمندان موسسه ماکس پلانک برای ساختار و پویایی ماده در هامبورگ، RWTH Aachen، دانشگاه کلن، آزمایشگاه مواد Songhan Lake، مرکز فیزیک کوانتومی محاسباتی (Computational Quantum Physics, CCQ) در نیویورک و دانشگاه پنسیلوانیا در Nature Communications منتشر شده است.( تحقق نوارهای تقریباً بدون پراکندگی با ناهمسانگردی اوربیتالی قوی از تداخل مخرب در پیچش دو لایه MoS۲)
در سال­های اخیر، مواد دو بعدی که در یک پیچ و تاب نسبی به یکدیگر پیچیده شده ­اند (معروف به "مواد واندر والس پیچ خورده")، پژوهش ­های مواد چگال را متحول کرده­ است. بسته به زاویه پیچش نسبی، شبکه ­های بلوری یک الگوی تداخل بزرگتر را تشکیل می­دهند-الگوی moiré-که می­تواند عملکردهای موج الکترونیکی در جامدات را تغییر دهد. لده شیان، نویسنده اصلی این مطالعه توضیح می­دهد: "این مواد پیچ ​​خورده جذاب هستند؛ زیرا می­توان از آن­ها برای مهندسی خواص الکترونیکی جدید با انعطاف­پذیری بی­سابقه استفاده کرد. به این دلیل که زاویه چرخش راه موثری برای جلوگیری از تحرک الکترون­ها ارائه می­دهد. "
اخیراً، این اثر با موفقیت برای نشان دادن ابررسانایی کنترل شده با زاویه چرخش، رفتار عایق و حتی پدیده ­های عجیب­تر مانند فازهای کوانتومی ناهنجار هال به کار گرفته شد. این پیشرفت باعث انقلاب کار پژوهشی در مورد موضوع جذاب خواص مهندسی حالت جامد جدید با استفاده از پیچ و تاب شده است که بسیاری از آن­ها در MPSD پیشگام بوده ­اند. با این حال، اکنون تیم پژوهشی بین­ المللی یک ماده دو بعدی جدید را مرکز توجه قرار داده­ است: MoS۲ یا دی سولفید مولیبدن.
دومینیک کیسه، دانشجوی دکتری در دانشگاه کلن می­گوید: "جنبه جدید و کاملاً شگفت انگیز در MoS۲ پیچ خورده این واقعیت است که تداخل کوانتومی می­تواند خواص الکترونیکی جامدات را حتی بیشتر تغییر دهد. ما کشف کردیم که حداقل برای برخی از حالت­های الکترونیکی، حرکت الکترون­ها در  MoS۲پیچ خورده می­تواند به گونه­ای تداخل داشته باشد که آن­ها تقریباً به طور کامل حرکت خود را متوقف کنند. " این اثر جدید در صدر فرصت­های مهندسی ارائه شده توسط پیچاندن قرار می­گیرد. این شبیه رفتارهایی است که در مدل­های نمونه اولیه مانند شبکه Lieb وجود دارد که در گذشته توجه فوق العاده­ای را به خود جلب کرده بود؛ اما تحقق آن در مواد جامد تا کنون دشوار بوده است. با استفاده از پیچ و تاب لایه­ های MoS۲ و تنظیم رژیم تحت سلطه همبستگی، دسترسی به حالت­های جدید ماده مانند انواع مغناطیس عجیب امکان پذیر می­شود. این روش جدید و متفاوتی برای مهندسی خواص الکترونیکی است، همانطور که تیم تحقیق نشان داده­است.

دانته کنس، استاد دانشگاه  RWTH Aachen می­گوید: "ما نشان دادیم که مهندسی moiré می­تواند برای ارائه یک بستر مبتنی بر ماده متراکم برای گروه دیگری از مدل­های نمونه اولیه Hamiltonians استفاده شود. "  روبیو ، مدیر نظریه MPSD می­افزاید: با توجه به فراوانی مواد برای انتخاب، ممکن است بسیاری از جلوه ­های جدید هنوز در انتظار کشف باشند. این مواد آنقدر کاربردی هستند که انواع بسیار متفاوتی از خصوصیات الکترونیکی یا ساختاری، مقیاس­های اوربیت اسپین یا چرخش و شبکه­ های هندسی را نشان می­دهند به طوری که ما به وضوح تنها در آغاز یک سفر طولانی و هیجان انگیز برای کشف پتانسیل کامل آن­ها هستیم. پژوهش این تیم، گامی مهم در این مسیر است. "
 
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۹/۲۷/twisted-layers-of-mos۲-enable-the-engineering-of-novel-states-of-matter

کنترل فرآیند آماری در فرآوری سرامیک

 | تاریخ ارسال: 1400/7/18 | 
کنترل فرآیند آماری در فرآوری سرامیک
کلاس آنلاین- ۲۹ اکتبر ۲۰۲۱

 
این دوره مقدمه ­ای بر کنترل فرآیند آماری (Statistical Process Control, SPC) و سپس کاربرد آن در فرآوری سرامیک را ارائه می­دهد. SPC به مجموعه­ ای قدرتمند از ابزارها برای نظارت بر هر مرحله از فرآیند تولید تبدیل شده ­است تا به کنترل آن کمک کند. هدف کلی کاهش تلفات، بهبود بهره ­وری، کاهش هزینه­ های تولید، بهبود کیفیت محصول و بهبود سود به طور همزمان است. ابزارهای SPC به فرد این امکان را می­دهد که تغییر فرآیند، چه خوب چه بد، را مشاهده کند و سپس با هدف حفظ پیشرفت­ها، اقداماتی را برای بازپس ­گیری کنترل یا تجزیه و تحلیل علل تغییرات انجام دهد. به جای بررسی کیفیت تولید، هدف این است که هر مرحله از فرآیند را در طول فرآیند کلی کنترل کرده و در نتیجه از تشدید مشکلات در نهایت جلوگیری کنیم.
استفاده از SPC در فرآوری سرامیک نه تنها مستلزم آگاهی از  SPCاست؛ بلکه نیازمند دانستن اصول اولیه هر مرحله­ ی فرآوری سرامیک نیز است. با اینکه این دوره عمیقاً به جزئیات فرآوری سرامیک نمی­ پردازد، آنها را به اندازه کافی مورد بحث قرار می­دهد تا نشان دهد چگونه می­توان از SPC استفاده کرد. تعدادی از مثال­ها مورد بحث قرار خواهد گرفت. موضوع بهبود مستمر با استفاده از SPC و طراحی آزمایش­ ها برای بهبود مستمر یا بزرگ مورد بحث قرار خواهد گرفت.

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی

منبع:
https://ceramics.org/professional-resources/career-development/short-courses/statistical-process-control-in-ceramic-processing
 

وبینار بازرسی در تولید شیشه

 | تاریخ ارسال: 1400/7/18 | 
وبینار بازرسی در تولید شیشه
سه­ شنبه ۵ اکتبر ۲۰۲۱
بازرسی بخش مهمی از تولید شیشه است و کیفیت محصول نهایی بسیار مهم است. در این وبینار، متخصصان برخی از آخرین فناوری­ها و روندهایی را که به اطمینان از بهبود کارایی تولیدکنندگان شیشه و کاهش شکستگی کمک کرده­است، مورد بحث قرار خواهند داد.

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع:  https://eventsemea۲.adobeconnect.com/content/connect/c۱/۴۰۱۸۰۱۹۸۱۵/en/events/event/shared/۸۳۸۱۱۰۸۶۶۲/event_landing.html?sco-id=۸۳۸۱۰۶۲۲۱۵&_charset_=utf-۸