گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد

ساخت داربست های کامپوزیتی منیزیم-روی/بایوسرامیک از طریق ساخت افزایشی اکستروژنی Extrusion-based additive manufacturing of Mg-Zn/bioceramic composite scaffolds درمان جوش نخوردن استخوان رانی پس از شکستگی همراه با نقص پر نشدن استخوان، کماکان یک چالش بزرگ است. روش های درمانی فعلی شامل استفاده از ایمپلنت بافت های مشابه، غیرمشابه، یا مصنوعی می گردد و از روش های استخوان سازی نیز استفاده می شود. با این وجود، روش های اشاره شده دارای محدودیت هایی هستند. منیزیم و آلیاژهای آن گزینه های مهمی برای ایمپلنت در نظر گرفته می شوند، به دلیل زیست سازگاری، خواص مکانیکی مناسب، و عملکرد خوب در استخوان سازی. اما استفاده از منیزیم و آلیاژهای آن با مشکلاتی مواجه است، چون نرخ خوردگی آن بالا است که موجب تولید مقدار زیادی گاز هیدروژن می شود. همچنین آزاد شدن یون های سمی از عناصر آلیاژی نیز ممکن است همراه با زیست تخریب پذیری، رخ دهد. مطالعات بسیاری نشان داده اند که بایستی مواد پایه منیزیم با نرخ زیست تخریب پذیری کنترل شده توسعه یابند تا بتوان از آن ها در ترمیم استخوان استفاده کرد. گرچه اصلاح سطح می تواند این مشکلات را حل کند، اما این روش ها فقط شروع خوردگی را به تاخیر می اندازند. در واقع، زمانی خوردگی شتاب پیدا می کند که پوشش شکسته می شود. یک روش مهم دیگر برای اصلاح این مواد، ساخت کامپوزیت های پایه منیزیم از طریق افزودن بایوسرامیک ها است. بایوسرامیک های مبتنی بر فسفات کلسیم، مانند هیدروکسی آپاتیت و تریکلسیم فسفات (TCP)، برای ترمیم استخوان جذاب و کاربردی هستند. در مقاله ای که در مجله Acta Biomaterialia منتشر شده است، داربست های (اسکفولد) کامپوزیتی منیزیم-روی/تری کلسیم فسفات ساخته شده است. به این منظور، ابتدا جوهر مربوط به این ساختار تهیه شده است و سپس از طریق فرایند ساخت افزایشی اکستروژنی این قطعات ساخته شده اند.چون این داربست ها از آلیاژ منیزیم-روی ساخته شدند، نرخ زیست تخریب پذیری بسیار خوبی نشان دادند، با این وجود که سمیت سلولی داشتند. اضافه کردن تری کلسیم فسفات به این آلیاژ، سازگاری سلولی و زیست فعالی داربست های منیزیم-روی را بهبود بخشید. در ابتدا جوهرهای دارای پودر منیزیم-روی همراه با 5، 10 و 15 درصد وزنی پودر تری کلسیم فسفات ساخته شدند. سپس این جوهر در پرینت 3-بعدی داربست های کامپوزیتی متخلخل به کار رفتند و نرخ زیست تخریب پذیری به 0.5 میلی متر در سال رسید که برای جایگزینی استخوان ها با اندازه های-مهم، مناسب است. علاوه بر آن، افزودن بایوسرامیک ها موجب افزایش خواص مکانیکی، مدول الاستیک و استحکام تسلیم، نیز شدند. زیست سازگاری نیز بهبود یافت. این مقاله بسیار جذاب و مهم می تواند نقش مهمی در ساخت داربست های کامپوزیتی متخلخل پایه منیزیمی داشته باشد. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

سوپرکپسیتورها نحوه کار سوپرکپسیتورها، فرایند ساخت، و روش های بهبود عملکرد آن ها 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

#مقاله_مروری

استخدام در ۶ ردیف شغلی آزمایشگاه متالورژی

پژوهش‌های علمی حول فرآیندهای تغییر شکل گرم از 150 سال پیش به صورت متمرکز توسط پروفسور McQueen آغاز گشت. با پیشرفت چشمگیر روش‌های آنالیز مواد در طی چندین سال اخیر، تاثیرگذاری ریزساختار آلیاژها و توانایی مهندسی آن برای بهبود خواص مورد نیاز، تاثیر محسوسی در تلاش‌های اخیر پژوهشگران برای دستیابی به آلیاژهایی با کارایی بالا گذاشته است. از‌این‌رو، گروه پژوهشی فرآیندهای تغییر شکل گرم تحت نظارت دکتر عباس زارعی هنزکی در سال 1990 در دانشگاه تهران-دانشکده مهندسی مواد و متالورژی تاسیس گشت. هدف اصلی پژوهشگران و دانشجویان توانمند این گروه پژوهشی، دستیابی به درک عمیقی از پدیده‌های مبهم ریزساختاری آلیاژهای نوین، به‌وسیله‌ آنالیزهای پیشرفته روز دنیا تحت فرآیندهای تغییر شکل گرم است. تلاش‌های انجام شده، به چاپ بیش از 300 مقاله کاربردی و معتبر در زمینه ذکر شده منجر شده است. برای آگاهی از مقاله‌ها و آشنایی با حوزه‌های پژوهشی این گروه پژوهشی، به صفحه لینکدین ما با آدرس https://www.linkedin.com/company/hdl-ut یپیوندید.

ویدیو مربوط به معرفی سرفصلهای آموزشی در نسخه چهارم کارگاه تئوری و عملی پرینت سه بعدی فلزات CAD to PART-4 ✅۴۰ درصد تخفیف ویژه تا پایان تیرماه کانال تخصصی پرینت سه بعدی فلزات👇 https://t.me/+CbLoLKJ9QKc3Mjlk

تولید آلومینیوم پایدار (sustainable) از طریق بازیافت قراضه: علمِ آلیاژهای کثیف Making sustainable aluminum by recycling scrap: The science of “dirty” alloys در حال حاضر، حدوداً 100 میلیون متریک تن آلومینیوم در سال تولید می شود که 35% آن از قراضه تولید می شود، در حالی که 40% آن در زنجیره تولید قراضه شده است. آلومینیوم از دو جنبه می تواند به پایداری زیست محیطی و انرژی کمک کند؛ مصرف انرژی در فرایندها و محصولات را کاهش می دهد، برای نمونه با کاهش وزن در حمل و نقل، بسته بندی ها و سازه ها. در رساناهای الکتریکی سبک و با مقاومت پایین به کار می رود، و وزن آن یک سوم مس است. علاوه بر آن، تولید آلومینیوم از سنگ معدن به انرژی بالایی نیاز دارد و یکی از مهم ترین عواملی است که منجر به تولید گازهای گلخانه ای شود. تولید آلومینیوم 3% از انتشار گازهای گلخانه ای در جهان را شامل می شود. حدود 65% از این انتشار گازهای گلخانه ای، به این دلیل است که 67% از برق مورد نیاز برای الکترولیز از طریق سوخت های فسیلی تامین می شود. سنتز آلومینیوم نیز محصولات جانبی خطرناک و سمی ای را در فرایند استخراج و الکترولیز تولید می کند. آلومینیوم می تواند تا حد بی نهایت بازیافت شود؛ امروزه، حدودا 75% از کل آلومینیوم تولید شده در تاریخ، هنوز در حال استفاده است. بازیافت شامل ذوب مجدد فلز می شود که فقط به 5% از انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم سنگ بوکسیت نیاز دارد. پس، بازیافت آلومینیوم می تواند مصرف انرژی این صنعت و انتشار کربن را به شدت کاهش دهد تا به توسعه پایدار زیست و محیطی و انرژی نزدیک شویم. به صورت متوسط، یک سوم از آلومینیوم که امروزه به کار می رود از بازیافت قراضه تولید می شود که پیش بینی شده است این رقم تا 2050 به 50% برسد. تفاوت چشمگیر بین فرایندهای تولید اولیه یا بازیافت موجب شده است که این صنعت اقتصاد جذابی داشته باشد و به موضوع مهمی در توسعه پایدار متالورژی تبدیل شود. به عنوان نمونه، در برخی مناطق، نرخ بازیافت قوطی های نوشیدنی به 95% می رسد.اما با این وجود که قوطی ها به راحتی گردآوری می شوند، طول عمر کوتاهی دارند و به صورت نظری می توانند یک آلیاژ مفرد باشند، هنوز هم چرخۀ قوطی استفاده شده به قوطی جدید، یک سیکل بسته نیست. بنابراین، صنعت بازیافت فلزات، به خصوص آلومینیوم، به توجه بالایی نیاز دارد تا علاوه بر سود بردن از اقتصاد آن، بتوان به پایداری زیست محیطی و انرژی نیز کمک کرد. در مقاله ای که در مجله معتبر Progress in Materials Science منتشر شده است، این مباحث به صورت کامل بررسی شده اند. در این مقاله، اثر ناخالصی های مرتبط با قراضه بر روی ترمودینامیک و سینتیک واکنش های رسوب دهی بررسی شده و اثرات مکانیکی و الکتروشیمی آن ها نیز بررسی شده است؛ همچنین اثرات ناخالصی ها بر روی نواحی بدون رسوب در اطراف مرزدانه ها، و مایکروساختار قطعات ریخته گری. هدف این مقاله توسعه و گسترش طراحی و تولید آلیاژهای آلومینیوم با بیشترین درصد قراضه است، که حتی با استفاده از قراضه کیفیت-پایین انجام می شود و قراضه هایی که پس از بازیافت، با تنها با چند آلیاژ محدود تطابق دارند. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100947 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

تولید آلومینیوم پایدار (sustainable) از طریق بازیافت قراضه: علمِ آلیاژهای کثیف Making sustainable aluminum by recycling scrap: The science of “dirty” alloys https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100947 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

پوشش دهی سطح ایمپلنت دندانی (تیتانیمی) با اکسید گرافن احیا شده جهت افزایش جوش استخوانی Enhanced osseointegration of dental implants with reduced graphene oxide coating کاهش دوره درمان پس از جراحی کاشت ایمپلنت، بیشترین اولویت را در زمینه ایمپلنت های دندانی دارد. مشخصا، جوش خوردن استخوانی و حفظ آن مهم ترین عواملی هستند که سرعت درمان را افزایش می دهند. جوش خوردن استخوانی، به عنوان تماس بین استخوان زنده و سطح ایمپلنت بدون مداخله بافت های همبند فیبری تعریف می شود، و عامل مهمی در موفقیت بلند-مدت درمانی ایمپلنت درمانی به شمار می رود. سایر عوامل نیز در این زمینه اثرگذار هستند، برای نمونه سطح ایمپلنت دندادنی نقش مهمی در دوره ابتدایی جوش خوردن استخوانی بازی می کند، و اثر مستقیمی بر روی توسعه رشد استخوان بیمار دارد. تا کنون، بیشترین موادی که در ایمپلنت دندادنی و ارتوپدی به کار رفته اند، تیتانیم خالص و آلیاژهای آن بوده اند، که استحکام مکانیکی، پایداری شیمیایی، و زیست سازگاری عالی ای دارند. متاسفانه این ایمپلنت ها به صورت مستقیم به استخوان پیوند نمیخورند یا نمیتوانند به صورت موثر موجب تشکیل استخوان شوند، چون از نظر بیولوژیکی خنثی هستند. البته، یکپارچگی ایمپلنت تیتانیم خالص و سلول های استخوانی و بافت ها به بازه طولانی تری بین جراحی و بارگذاری ایمپلنت نیاز دارد، که در نهایت موجب افزایش احتمال شکست در فرایند می گردد. بنابراین، رویکردهای دقیقی در زمینه روش های اصلاح سطح ایمپلنت توسعه یافته اند تا کارآمدی جوش استخوانی بر روی فصل مشترک تیتانیم را بهبود دهند. در مقاله ای که در مجله Biomaterials Research منتشر شده است، از یک روش تلفیقی برای اصلاح سطح ایمپلنت های دندانی تیتانیمی استفاده شده است که مبتنی بر کاربرد اکسید گرافن احیا شده می باشد. در این پژوهش، سطح ایمپلنت توسط اکسید گرافن احیا شده پوشش داده شده است و از طریق مشخصه یابی فیزیکی-شیمیایی و تست های سمیت سلولی، مقدار گرافن مورد نیاز بهینه شده است. نمونه های پوشش دهی شده توسط گرافن، تمایز استخوانی در شرایط آزمایشگاهی را بهتر کردند که می تواند موجب بهبود جوش استخوانی در تست داخل بدن گردد. این مقاله پتانسیل پوشش اکسید گرافن احیا شده در زمینه توسعه بایو-نانومواد کاربردی را مورد توجه قرار می دهد که موتواند در زمینه بازسازی بافت دندانی به کار روند. به طور کلی، سطح تیتانیم پوشش دهی شده توسط اکسید گرافن احیا شده زیست سازگاری عالی ای دارد و می تواند پروتئین ها مورد نیاز را جذب کند و در نتیجه واکنش سلولی قوی را به همراه دارد. این پوشش موجب تقویت رشد سلول و تمایز استخوانی می گردد. همچنین، جوش استخوانی را و بازسازی بافت دندانی را در داخل بدن، تسریع می کند. https://doi.org/10.1186/s40824-022-00257-7 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

آلیاژ TiNbTaZr یک آلیاژ بتا تیتانیوم سوپرالاستیک که از طریق فرایند ساخت افزایشی ساخته شده است و کاربردهای احتمالی آن شامل استنت های بدون نیکل و ساختارهای جذب ضربه می شود. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram