گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد

#دانلود_کتاب طراحی و توسعه مواد از طریق هوش مصنوعی ARTIFICIAL INTELLIGENCE-AIDED MATERIALS DESIGN AI-Algorithms and Case Studies on Alloys and Metallurgical Processes 2022 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

پرینت 3-بعدی ساختارهای هیدروژل با شکل های مختلف و پیچیده منبع

جوشکاری ناهمجنس مس-فولاد، فولاد-آلومینیوم، آلومینیوم-مس، و فولاد-نیکل برای کاربرد در باطری خودروهای برقی A review on dissimilar laser welding of steel-copper, steel-aluminum, aluminum-copper, and steel-nickel for electric vehicle battery manufacturing در باطری خودرو، مواد نامهجنس اسمبل می شوند و سلول های باطری با استفاده از هزاران اتصال به یکدیگر متصل می شوند. هر نقطه اتصال بر عملکرد و بازدهی تمام سیستم باطری اثر می گذارد، که موجب می شود فرایند جوشکاری آن ها بسیار مهم و حیاتی باشد. جوشکاری لیزری به عنوان یک روش مطلوب برای تولید باطری های خودروهای برقی در نظر گرفته می شود، به دلیل ماهیت غیر-تماسی، دانسیته انرژی بالا، کنترل دقیق نسبت به گرمای ورودی، و راحتی فرایند. با این وجود، خواص حرارتی-فیزیکی مواد ناهمجنس مورد استفاده در اتصالات و تب های باطری چالش بزرگی در رسیدن به اتصال متالورژیکی هستند. علاوه بر آن، تشکیل مایکروساختارهای جوشکاری نامطلوب، مانند ترکیبات بین فلزی ترد و سخت، به شدت خواص حرارتی، الکتریکی، و ساختاری اتصالات باطری را کاهش می دهند. این مقاله مروری فوق العاده که در مجله Optics & Laser Technology منتشر شده است، مشکلات اساسی و آخرین پیشرفت ها در زمینه جوشکاری ناهمجنس فولاد-مس، فولاد-آلومینیوم، مس-آلومینیوم، و فولاد-نیکل، در ساخت بطری های خودروهای برقی را مرور می کند. مایکروساختار جوش و عیوب متداول متالورژیکی، و همچنین خواص مکانیکی و الکتریکی اتصلات نیز بررسی شه اند. علاوه بر آن، اثرات پارامترهای فرایند جوشکاری لیزری بر روی خواص اتصالات و کاربرد لایه های میانی مخلتف و پوشش ها در جوشکاری لیزری مواد مورد استفاده در باطری، ارزیابی شده اند. این مقاله مروری فوق العاده را از دست ندهید. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107595 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

جوشکاری ناهمجنس مس-فولاد، فولاد-آلومینیوم، آلومینیوم-مس، و فولاد-نیکل برای کاربرد در باطری خودروهای برقی A review on dissimilar laser welding of steel-copper, steel-aluminum, aluminum-copper, and steel-nickel for electric vehicle battery manufacturing https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107595 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

پرینت 3-بعدی نمایشگر OLED در این پژوهش، از طریق دو نوع متفاوت پرینت، 6 لایه پرینت شده است که در نعایت یک نمایشگر OLED انعطاف پذیر ساخته شده است. الکترودها، عایق، و سایر بخش ها، همه به صورت اکستروژن پرینت شدند و لایه های فعال به صورت اسپری پرینت شدند. این پژوهش در مجله Science منتشر شده است. https://doi.org/10.1126/sciadv.abl8798 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

ساخت آلیاژهای دارای هردو فاز کریستالی-شیشه از طریق جدایش شیمیایی فعال Symbiotic crystal-glass alloys via dynamic chemical partitioning عبارت "کوچکتر مستحکم تر است"، مشخصۀ مهم مواد به شمار می رود که از احتمال پایین وجود عیوب یا منابع عیوب در نمونه های در نمونه های کوچک منتج می شود. با این وجود، کاهش اندازه مواد (یا واحدهای ساختاری مواد) ناگریز هسته زایی غیرهمگن را در سطح و فصل مشترک در دمای بالا تقویت می کند، که موجب می شود از نظر ترمودینامیکی ناپایدار شوند که منجر به رابطه معکوس بین اسحکام و پایداری حرارتی می گردد. مواد نانوکریستالی استحکام بالاتری نسبت به مواد با دانه بندی درشت دارند، اما در دمای بالا دچار رشد سریع دانه و از دست دادن یکنواختی مکانیکی می شوند. جدایش یا آزاد شدن مرزدانه می تواند انرژی مرزدانۀ مواد نانوکریستالی را کاهش دهد و در نتیجه باعث افزایش پایداری حرارتی شود. در مواد آمورف با استحکام بسیار بالا، بحث بسیار زیادی در مورد رابطه بین پایداری حرارتی و خواص مکانیکی شیشه های فلزی، از منظر اندازۀ نمونه، وجود داشته است. گزارش شده است که استحکام و شکل پذیری شیشه های فلزی را با کاهش اندازه نمونه می توان بهبود داد، اما پایداری حرارتی ساختارهای آمورف، به دلیل هسته زایی غیرهمگن از سطح، تضعیف می شود. به همین ترتیب، پایداری حرارتی آلیاژهای کامپوزیت شیشه-کریستال توسط هسته زایی غیرهمگن در فصل مشترک فازهای شیشه و کریستالی، محدود می شود. در مقاله فوق العاده ای که در مجله معتبر Materials Today منتشر شده است، یک روش نوین برای طراحی کامپوزیت های شیشه-کریستال ارائه می شود که از طریق آنیل کردن، جدایش دینامیک عناصر از فاز کریستالی به فاز شیشه ای را میسر می کند که در نتیجه موجب افزایش دمای کریستالیزاسیون فاز شیشه ای می شود و شکل پذیری فاز کریستالی را تقویت می کند، و در نهایت منجر به پایدارسازی تمام کامپوزیت شیشه-کریستالی به صورت همزیستی این دو فاز می شود. گرچه آلیاژهای کامپوزیت شیشه-کریستال چقرمگی بهتری نسبت به آلیاژهای کاملا آمورف دارند، به دلیل هسته زایی غیرهمگن در فصل مشترک فازهای کریستال و شیشه، پایداری حرارتی آن ها ضعیف است. در این مقاله یک روش جدید برای توسعه نانوکامپوزیت های شیشه-کریستال با پایداری حرارتی، استحکام بسیار بالا، و قابلیت شکل پذیری، ارائه شده است که از ایدۀ آن از اصل پایدارسازی دوگانه که در اکوسیستم های همزیستی وجود دارد، برگرفته شده است. این روش نوین بر روی آلیاژ کامپوزیت لایه ای Cr-Co-Ni (کریستالی)/Ti-Zr-Nb-Hf-Cr-Co-Ni (آمورف) انجام شده است. آلیاژ دارای هردو فاز استحکام کشش بسیار بالای 3.6 گیگاپاسکال، تغییر شکل همگن 15% کرنش در دمای محیط، را داشته است که بسیار بالاتر از آلیاژهای شیشه ای متداول و نانولایه ای است. علاوه بر آن، دمای کریستالیزاسیون این آلیاژ تقریبا 200 درجه بالاتر از آلیاژ آمورف پایه TiZrNbHf بوده است. جدایش عنصری در دمای فازهای کریستالی و آمورف منجر به پایدارسازی مکانیکی و ترمودینامیکی شده است که یک مسیر بسیار جدید را برای توسعه مواد با استحکام و چقرمگی بالا، باز می کند. جهت ساخت این نمونه، از روش مگنترون اسپاترینگ استفاده شده است و به صورت متناوب نانولایه های اشاره شده با ضخامت های 18 و 12 نانومتر رسوب داده شده اند. این طراحی مبتنی بر محدودیت (confinement) هندسی فاز آمورف است که در نتیجه امکان تغییرشکل غیرالاستیک را فراهم می کند. این مقاله که به نوعی شاهکار مهندسی مواد است، آخرین پست سال 1400 است. در سال گذشته نیز، سعی شد طبق اهدافمان، با معرفی مقالات شاخص در زمینه مهندسی و علم مواد، انتقال دانش را انجام دهیم و نقشی در افزایش آگاهی داشته باشیم. ضمن تبریک سال نو، برای شما، آرزوی سلامتی، افزایش آگاهی، و سازندگی، و برای کشورمان، آرزوی توسعه پایدار، صلح، و آزادی، داریم. ابراهیم قاسمی 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

آلیاژسازی دوگانه جهت بهبود مقاومت به خوردگی در آلیاژهای منیزیمی زیست-تخریب پذیر تولید شده از طریق ذوب گزینشی لیزری Dual alloying improves the corrosion resistance of biodegradable Mg alloys prepared by selective laser melting آلیاژهای منیزیم به عنوان بایومواد فلزی تحول ساز برای ایمپلنت های استخوانی زیست-تخریب پذیر در نظر گرفته می شوند، اما به دلیل تخریب سریع آن ها در محیط فیزیولوژیکی، کاربرد آن ها محدود شده است. در این پژوهش، اثر آلیاژی منگنز و قلع بر روی عملکرد آلیاژهای منیزیمی که از طریق ذوب گزینشی لیزری تولید شده اند، بررسی شده است. میکروساختار آلیاژهای دارای منگنز و/یا قلع نشان داد که در طول فرایند انجماد سریع، دانه ها و فازهای بین فلزی به صورت چشمگیری اصلاح شدند. علاوه بر آن، نرخ خوردگی آلیاژ AZ61-0.4Mn-0.8Sn تقریبا نصف آلیاژ AZ61 بوده است. رفتار خوردگی عالی این آلیاژ را می تواند به اثرات مراقبتی بهتر لایه های سطحی نسبت داد که در آن، فازهای غنی از منگنز و/یا قلع، به عنوان منابع در برابر نفوذ محیط عمل می کنند. بنابراین، استحکام و سختی این آلیاژها نیز بهبود یافت و قابل قیاس با استخوان کورتیکال بوده است که به انحلال یافتن اتم های منگنز و/یا قلع و فازهای بین فلزی با توزیع ظریف، نسبت داده شده است که موجب اعوجاج شبکه و افزایش استحکام از طریق رسوب دهی، شده اند. همچنین، آلیاژهای دارای منگنز و/یا قلع، سازگاری سلولی خوبی داشته اند. این یافته ها پیشنهاد می کنند که آلیاژ توسعه یافتۀ AZ61-Mn-Sn می تواند گزینه ایده آلی برای ایمپلنت استخوانی زیست تخریب پذیر باشد.

کاتدهای انتروپی بالا با اعوجاج در اثر افزودن کاتیون با ساختار نمک برای باطری های لیتیوم-یونی Cation-disordered rocksalt-type high-entropy cathodes for Li-ion batteries مواد انتروپی بالا، به عنوان یک مفهوم نوظهور در زمینه آلیاژهای فلزی، چندین عنصر اصلی را ترکیب می کنند تا مواد تک-فاز جدیدی را بسازند. در چند سال اخیر، رویکرد انتروپی بالا در زمینه های مختلفی به کار رفته است که شامل ترموالکتریک، کاتالیست، رسانایی سوپریونی، و ذخیره سازی انرژی می شود. این باور وجود دارد که انتروپی چینشی بالا می تواند انحلال پذیری همزمان چندین جزء را بهبود دهد، که در نهایت می تواند برای بهبود خواص نهایی به کار رود. در مطالعات اخیر در زمینه ساختار ترکیب های انتروپی بالا در مقیاس اتمی، توزیع یکنواخت فلزات واسطه مختلف مشاهده شده است که نشان می دهد از طریق میکس کردن با تعداد زیادی فلز واسطه، می توان از نظم کم دامنه کاتیونی جلوگیری کرد. مفهوم انتروپی بالا در مواد الکترود باطری های لیتیوم-یونی، اگر به صورت موفق اجرا شود، می تواند بسیار جذاب باشد چون امکان بهینه سازی همزمان خواص چندگانه را فراهم می کند. علاوه بر آن، انعطاف پذیری ترکیبی نیز می تواند اتکای صنعت به برخی از منابع فلزی حیاتی را کاهش داد. ساختار Rocksalt (یا ساختار NaCl-مانند) یکی از عمده ترین کریستال هایی است که در بسیاری از ترکیبات غیرآلی مانند NaCl یا KCl یافته می شود. در این ساختارها، آنیون های سایت های 4b را اشغال می کنند تا ترتیب ABCABC در شبکه های FCC ایجاد شود. کاتیون ها مکان های 4a را در نیمی از جاهای خالی اکتاهدرال اشغال می کنند. سپس تحقیقات نشان داد، زمانی که مقدار بیشتری لیتیوم وجود داشته باشد و کاتیون اضافی موجب اعوجاج ساختار نمکی شود، ترکیبات DRX حاصل می توانند ظرفیت بیشتری داشته باشند و عملکرد بسیار خوبی به عنوان الکترود باطری ها نشان دهند. ساختارهای نمک-مانند که از طریق کاتیون اضافی دچار اعوجاج شده اند (DRX)، گزینه ایده آلی برای طراحی مواد انتروپی بالا هستند. از طریق مقایسه گروهی از کاتدهای DRX دارای دو، چهار، یا شش فلز واسطه، مشخص شد زمانی که تعداد بیشتری فلز واسطه ترکیب می شوند، با این وجود که میزان کلی فلز ثابت باقی می ماند، نظم کم دامنه در این ساختارها به صورت سیستماتیک کاهش می یابد، اما تراکم انرژی و نرخ افزایش می یابند. کاتد DRX با شش فلز واسطه در نرخ بسیار پایین، به 955 وات-ساعت در کیلوگرم رسید و در نرخ بالا نیز عملکرد خوبی داشته است. به منظور تسهیل طراحی ساختارهای DRX با انتروپی بالا، این مقاله تحلیل سازگاری 23 یون متفاوت فلز واسطه را ارائه کرده است و به عنوان تایید این استراتژی، یک ترکیب DRX انتروپی بالای تک-فاز دارای 12 فلز واسطه را سنتز کرده اند. این مقالۀ فوق العاده در مجله Nature Materials منتشر شده است. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

کاتدهای انتروپی بالا با اعوجاج در اثر افزودن کاتیون با ساختار نمک برای باطری های لیتیوم-یونی Cation-disordered rocksalt-type high-entropy cathodes for Li-ion batteries 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

استحکام سرامیک های کاربیدی انتروپی بالای تک فاز تا دمای 2300 درجه سانتیگراد Strength of single-phase high-entropy carbide ceramics up to 2300°C خواص مکانیکی سرامیک های کاربیدی انتروپی بالای کاربید-(Hf,Zr,Ti,Ta,Nb) در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند. این سرامیک های دارای چگالی نسبت بیش از 99 درصد بوده اند و اندازه دانه میانگین آن ها 0.9 میکرومتر بوده است. سنتز این سرامیک های از طریق فرایند دومرحله ای انجام شده است که شامل احیای کربنی-حرارتی در دمای 1600 و پرس گرم در دمای 1900 می شود. در دمای اتاق، سختی ویکرز آن ها تحت بار 4.9 N، حدود 25 گیگاپاسکال بوده است، مدل یانگ آن 450 گیگاپاسکال، چقرمگی شکست آن 3.5 ± 0.3 MPa·m1/2 ، و استحکام خمشی چهار-نقطه ای آن نیز 421 مگاپاسکال بوده است. با افزایش دما، استحکام خمشی تا دمای 1800 درجه، بالای 400 مگاپاسکال حفظ شد، سپس تقریبا به صورت خطی تا 318 مگاپاسکال در دمای 2000 درجه و تا 93 مگاپاسکال در دمای 2300، کاهش یافت. پس از افزایش حرارت، تغییر قابل توجهی در چگالی نسبی یا اندازه دانه میانگین مشاهده نشد. کاهش استحکام خمشی در دمای بالاتر از 1800 را به کاهش تراکم نابجایی ها نسبت داده اند، چون در دمای بالا، تحرک نابجایی افزایش می یابد. این مقاله نخستین گزارش در مورد خواص مکانیکی خمشی سرامیک های انتروپی بالای کاربیدی در دمای بالا است و در مجله American Ceramic Society منتشر شده است. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

استحکام سرامیک های کاربیدی انتروپی بالای تک فاز تا دمای 2300 درجه سانتیگراد Strength of single-phase high-entropy carbide ceramics up to 2300°C 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

سنتز نانوصفحه های استانین از طریق فرایند تورق کرایوژنیک برای تصویربرداری و درمان همزمان سرطان Cryogenic Exfoliation of 2D Stanene Nanosheets for Cancer Theranostics مواد پایه استانین، نانوصفحات قلع، در تولید صنعتی و زندگی روزمره، به وفور به کار می روند، اما پتانسیل زیست درمانی این مواد به صورت جدی مورد بررسی قرار نگرفته است، چون روش موثر و مناسبی برای سنتز بایومواد پایه قلع توسعه نیافته است. در مقاله ای که در مجله Nano-Micro Letters منتشر شده است، یک روش جدید با تلفیق تورق کرایوژنیک و تورق فاز مایع، برای سنتز نانوصفحات استانین به کار رفته است که به صورت موفقیت آمیز موجب سنتز نانوصفحات استانین شده است. نانوصفحات استانین که از این طریق سنتز شده اند، دارای ساختار لایه ای هستند، همراه با اندازه میانگین 100 نانومتر و ضخامت آن ها نیز در حدود 5 نانومتر بوده است. سپس، پلی اتیلن گلایکول (PEG) بر روی آن پوشش داده شده است که این نمونه پایداری خوب، زیست سازگاری عالی، عملکرد فتوترمال (نوری-حرارتی) عالی را نشان داد و توانست به عنوان یک عامل نوری-حرارتی قوی و با کمک تصویربرداری از طریق چند مکانیزم (تصویربرداری فلوئورسانس/نوری-صوتی/نوری-حرارتی)، موجب حذف نوری-حرارتی سرطان شد. علاوه بر آن، محاسبات DFT نیز برای بررسی مکانیزم نوری-حرارتی این نانوصفحات انجام شد و مشخص کرد که الکترون های آزاد بر رو و در زیر نانوصفحات استانین، به تبدیل نور به حرارت و در نتیجه تخریب سلول سرطانی، کمک می کنند. این پژوهش نه تنها یک روش جدید برای سنتز نانوصفحات 2-بعدی استانین معرفی می کند بلکه نانوداروهای پایه استانین-2-بعدی را نیز برای درمان و تصویربرداری همزمان فتونیک سرطان معرفی می کند. این نوع جدید نانوصفحات استانین با پتانسیل عالی در زمینه نانوداروها، محققین را تشویق به توسعه مواد بیولوژیکی پایه قلغ می کند تا از مزایای آن بهره مند گردند. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

سنتز نانوصفحه های استانین از طریق فرایند تورق کرایوژنیک برای تصویربرداری و درمان همزمان سرطان Cryogenic Exfoliation of 2D Stanene Nanosheets for Cancer Theranostics 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

استفاده از فلزات مایع برای تبدیل دی اکسید کربن به کربن جامد تبدیل دی اکسید کربن به محصولاتی با خطر زیست محیطی کم تر یا حتی محصولات ارزشمند، از اولویت های اصلی پژوهش های جاری است. علاوه بر آن، فلزات و آلیاژهای مایع در زمینه های مختلف بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در پژوهشی که در مجله معتبر Energy & Environmental Science با IF برابر با 38 انجام شده است، از فلز و آلیاژ پایه گالیوم به عنوان کاتالیست برای تبدیل دی اکسید کربن به کربن جامد استفاده شده است که می تواند تاثیر چشمگیری در صنایع داشته باشد. لینک مقاله 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram