گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد

مواد مغناطیسی دائمی مبتنی بر منگنز Manganese-based Permanent Magnet Materials استفاده از مگنت های مبتنی بر عناصر نادر خاکی در کاربردهای مربوط به مگنت های دائمی با عملکرد بالا، متداول است که در زمینه هایی مانند موتورهای خودروهای برقی و هیبریدی یا ژنراتورهای توربین بادی به کار می روند، چون حاصلضرب بیشینه انرژی نظری بالایی دارند. حاصلضرب انرژی، BH، به عنوان حاصلضرب میدان مغناطیسی، H، و چگالی شار مغناطیسی تعریف می شود. با وجود خواص مغناطیسی خوب عناصر نادر خاکی، مگنت های مبتنی بر عناصر نادر خاکی هزینه ظاهری بالایی دارند که به دلیل هزینه بالای استخراج و فراوری آن ها می باشد. تخمین زده شده است که نئودیم تنها 0.00415% از پوسته زمین را تشکیل می دهد. در نتیجه بایستی جایگزینی برای این مواد پیدا کرد. سایر انواع مگنت ها، مانند فریت ها، هزینه بسیار پایینی دارند و از عناصر وافر ساخته می شوند اما خواص مغناطیسی مطلوبی در کاربردهای خاص ندارند که به دلیل حاصلضرب بیشینه انرژی پایین آن ها است. این شکاف بین مگنت های مبتنی بر عناصر نادر خاکی و جایگزین های ارزان قیمت، فرصت مناسبی را برای مواد پایه منگنز فراهم می کند تا این شکاف را پر کنند. در یک مقاله ریویو که در مجله Progress in Materials Science منتشر شده، مگنت های دائمی مبتنی بر منگنز بررسی شده اند که به سه دسته اصلی تقسیم شده اند؛ منگنز-گالیوم، منگنز-بیسموت، منگنز-آلومینیوم. در ایالات متحده در سال 2019، قیمت تقریبی منگنز با خلوص 99.7% تقریبا کیلویی 2.15 دلار است و بیسموت 7.50 دلار و آلومینیوم نیز 2.20 دلار به ازای هر کیلوگرم، بوده است. در حالی که نئودیم تقریبا 45 دلار به ازای هر کیلوگرم قیمت دارد؛ علاوه بر آن، گالیوم نیست قیمت بالایی دارد (150 دلار) و توجه کم تری به مگنت های پایه منگنز-گالیوم می شود. مواد مغناطیسی دائمی مبتنی بر منگنز به زمینه تحقیقاتی مهمی تبدیل شده اند که جایگزین مگنت های دائمی مبتنی بر عناصر نادر خاکی، خواهند شد. ترکیبات منگنز می توانند به حاصلضرب انرژی نسبتا بالایی دست یابند. در حالی که محاسبات نشان می دهند که این ترکیبات نمی توانند به حاصلضرب بیشینه انرژی عناصر نادر خاکی دست یابند، تحقیقات حاضر پیشنهاد داده اند که ترکیبات مبتنی بر منگنز می توانند شکاف موجود بین مگنت های مبتنی بر عناصر نادر خاکی با قیمت بالا و فریت ها، با عملکرد ضعیف، را پر کنند. محققین مختلفی از طریق روش های مختلفی توانسته اند مگنت های مبتنی بر منگنز را تولید کنند که شامل این روش ها می شود: فراوری حجیم، فراوری دانه ای، و رسوب دهی لایه نازک. این مقاله مروری روش های فراوری مختلف برای هر ترکیب را بررسی می کند و اثرات آن بر روی میکروساختار و خواص مغناطیسی را تشریح می کند. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

مواد مغناطیسی دائمی مبتنی بر منگنز Manganese-based Permanent Magnet Materials 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

پژوهش آماری بر مقالات منتشر در زمینه مهندسی و علم مواد در سال 2020 در ایران در این پژوهش، دانشگاه های ایرانی که بیشترین مقالات را در سال 2020 چاپ کرده اند، کلیدواژه های پرکاربرد، نویسنده هایی که بیشترین مشارکت را داشته اند، و همچنین مقالات (مروری و غیرمروری) با بیشترین ارجاعات و مجله های مربوطه، ارائه شده است. این پژوهش از طریق وبسایت Scopus.com انجام شده است. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

پژوهش آماری بر مقالات منتشر در زمینه مهندسی و علم مواد در سال 2020 در این پژوهش، کشورهایی که بیشترین مقالات را در سال 2020 چاپ کرده اند، کلیدواژه های پرکاربرد، نویسنده هایی که بیشترین مشارکت را داشته اند، و همچنین مقالات (مروری و غیرمروری) با بیشترین ارجاعات و مجله های مربوطه، ارائه شده است. این پژوهش از طریق وبسایت Scopus.com انجام شده است. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

تعمیر خوردگی لوله در زیر آب Underwater corrosion damage repair (Underwater welding) 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

جوشکاری لیزری Laser Beam Welding 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

#دانلود_کتاب جوشکاری و شکل دهی پیشرفته Advanced Welding and Deforming 1st Edition Published Date: 17th April 2021 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

رویکرد پوشش پیوندی داپلکس (دولایه) در سیستم های پوشش سد محیطی A duplex bond coat approach to environmental barrier coating systems کامپوزیت های زمینه سرامیکی مانند کامپوزیت های کاربید سیلیکون که مبتنی بر فایبرهای کاربید سیلیکون هستند، در ابتدای راهِ به کار رفتن در بخش های داغ موتورهای توربین های گازی می باشند. در حین استفاده از این کامپوزیت ها، تشکیل لایه سطحی و مقاوم سیلیکا به سرعت با تبخیر و فراریت سیلیکا از طریق واکنش با بخار آب همراه خواهد شد که منجر به تشکیل هیدروکسید سیلیکون گازی، مانند Si(OH)4، در محیط های احتراقی با بخار بالا، خواهد شد. نرخ این واکنش ها، توسط دمای گاز احتراق، فشار آب، و فشار مطلق گاز، سریعت جریان گاز و نرخ واکنش های بین بخار اکسیژن و آب با سطح کاربید سیلیکون، تعیین می شود. در دمای احتراق گاز بین 1300 تا 1500 درجه، عقبگرد و انقباض کامپوزیت با نرخ 1 تا 10 میکرومتر در ساعت، مشاهده می شود. در نتیجه، سطوح اجزای کامپوزیت های زمینه سرامیکی مبتنی بر کاربید سیلیکون که در معرض این جریان گازی واکنش دهنده قرار می گیرد، بایستی توسط پوشش های سد محیطی (EBC) محافظت شوند تا شار گازهای اکسنده که با سطح کامپوزیت SiC واکنش می دهند، به تاخیر بیفتد. شماتیک سیستم سد محیطی دو لایه که در کامپوزیت های زمینه سرامیکی مبتنی بر SiC به کار می روند، در شکل مشاهده می شود. پوشش پیوندی جهت واکنش با گازهای اکسنده که نهایتا به سطح می رسند به کار می رود و یک لایه اکسید که از طریق حرارت رشد می کند (TGO)، تشکیل می دهد (که نفوذ اکسنده ها از طریق آن آرام خواهد بود) و در نتیجه از واکنش با کامپوزیت کاربید سیلیکون جلوگیری می کند.در حال حاضر، سلیکون به عنوان پوشش پیوندی به کار می رود، چون هنگامی که در برابر شرایط اکسیداسیون تر یا خشک، در دمای کم تر از 1200 درجه، قرار می گیرد، یک اکسید بسیار محافظت تشکیل می دهد. لایه سد محیطی برای کاهش تبخیر لایه TGO سیلیکا به کار می رود و همچنین نفوذ گازهای اکسنده به پوشش پیوندی که کامپوزیت SiC را پوشش می دهند، محدود می کند. چون نرخ تبخیر پوشش متناسب با واکنش پذیری لایه سیلیکا است، لایه بیرونی سیستم سد محیطی باید از مواد سیلیکایی با واکنش پذیری بسیار کم تری نسبت به سیلیکا و SiC انتخاب شود. همچنین، باید این ماده از نظر ترمودینامیکی، در کنار پوشش پیوندی و اکسید آن، پایدار باشد. سیلیکات عناصر نادر خاکی، مانند سیلیکات ایتریم، در حال حاضر به این منظور به کار می روند. در نتیجه، در پوشش پیوند از سیلیکات ایتریم و سیلیکا استفاده می شود که در دمای بالاتر از 1200 درجه، در فصل مشترک سیلیکات ایتریم و سیلیکون، لایه سیلیکا با فاز بتا-کریستوبالیت تشکیل می شود. زمانی که دما کاهش می یابد و به 240 درجه می رسد، استحاله فازی از فاز بتا به آلفای کریستابالیت سیلیکا رخ می دهد که منجر به کاهش حجم سیلیکا به میزان 4.9% می گردد و احتمال لایه ای شدن سیستم پوشش را افزایش می دهد. اما، برای حل این مشکل، در این مقاله که در مجله Acta Materialia منتشر شده است، از پوشش داپلکس (دولایه) سیلیکون-اکسید هافنیم، به عنوان پوشش پیوندی استفاده شده است که در آن، اکسید هافنیم با سیلیکا واکنش می دهد و HfSiO4 (هافنون) را تشکیل می دهد که یک فاز پایدار است و از نظر ترمودینامیکی با سیلیکون و سیلیکات ایتریم، سازگار است. در چرخه حرارتی سیستم یپوندی داپلکس، بین 110 تا 1316 درجه، در محیط با بخار بسیار بالا و برای 1000 سیکل یک ساعتی، مشاهده شد که تشکیل لایه سیلیکای بتا-کریستوبالیت بر روی سطح بیرونی سیلیکون، با واکنش همزمان برای تبدیل اکسید هافنیم به هافنون همراه بوده است که کاهش ضخامت سیلیکا را به طور متوسط، تقریبا 50% نسبت به سیستم پوشش پیشین، کاهش می دهد. همچنین، مشخص شد که یک واکنش همزمان بین لایه های سیلیکات ایتریم و اکسید هافنیم رخ می دهد که اکسید هافنیم را به اکسید هافنیم پایدار شده با اکسید ایتریا تبدیل می کند که ضریب انبساط حرارتی بالایی دارد. علاوه بر آن، محاسبات ترمودینامیکی حرارتی مشخص کردند که نرخ آزادسازی انرژی طی این واکنش، برای بروز لایه ای شدن، کافی نخواهد بود. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

رویکرد پوشش پیوندی داپلکس (دولایه) در سیستم های پوشش سد محیطی A duplex bond coat approach to environmental barrier coating systems 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

طراحی و توسعه آلیاژهای انتروپی بالای Ti-Zr-Hf-Nb-Ta-Mo در بایومواد فلزی Design and development of Ti–Zr–Hf–Nb–Ta–Mo high-entropy alloys for metallic biomaterials بایومواد فلزی جدید که به صورت همزمان زیست سازگاری و خواص مکانیکی خیلی خوبی دارند، برای پاسخ به نیازهای پزشکی در سال های آینده، بسیار مهم هستند. اخیراً، دسته ای از مواد ساختاری و کاربردی که آلیاژهای انتروپی بالا (HEA) نامیده می شوند، توسعه یافته اند که در پست های قبلی، به صورت کامل مورد بررسی قرار گرفته اند. آلیاژهای HEA در بایومواد فلزی، اصطلاحاً BioHEA نامیده می شوند که در چندین سیستم متفاوت توسعه یافته اند، مانند: Ti-Nb-Ta-ZrMo، Ti-Zr-Hf-Nb-Ta-Mo، Ti-Zr-Nb-Ta-Fe، Ti-Zr-Hf-Cr-Mo، و Ti-Zr-Hf-Co-Cr-Mo. عناصر سازندۀ آلیاژهای BioHEA مشابه با آلیاژهای انتروپی بالای دیرگداز (RHEA) هستند، اما، مفهوم طراحی آلیاژ و خواص مطلوبِ BioHEA بسیار متفاوت از انوع دیرگداز است. خواص مکانیکی شامل مقاومت به خزش، پایداری فازی فاز BCC، و مقاومت به اکسیداسیون در دمای بالا، برای انوع دیرگداز مهم هستند. در مقابل، زیست سازگاری و خواص مکانیکی در دمای اتاق، عوامل غالب در طراحی BioHEA محسوب می شوند. علاوه بر آن، بهبود چقرمگی دمای محیط در این بایوآلیاژها بسیار ضروری است. در چندین پژوهش، تلاش شده است که بر چقرمگی دمای اتاق غلبه شود اما دلیل کماکان دلیل روشنی برای توضیح چقرمگی ضعیف این آلیاژها در دمای محیط، وجود ندارد. این ویژگی در هر دو نوع دیرگداز و زیستی، مشابه است که به یکسان بودن عناصر سازنده در این دو نوع آلیاژ، نسبت داده شده است. آلیاژهای انتروپی بالا، آلیاژهای چند عنصری هستند که از پنج یا تعداد بیشتری عنصر اصلی تشکیل می شوند. پیچیدگی ترکیب آن ها، طراحی آلیاژ را دشوار می کند، به خصوص موجب شده است که ترکیب های آلیاژی مناسب را نتوان مشخص کرد. چندین پارامتر آلیاژ برای پیش بینی تمایل به تشکیل محلول جامد در آلیاژهای چندعنصری پیشنهاد شده اند و برای طراحی این نوع آلیاژها به کار رفته اند. بعلاوه، محاسبات ترمودینامیکی و شبیه سازی های اتمی نیز برای طراحی آلیاژهای انتروپی بالا به کار می روند. در مقاله ای که در مجله Materials and Design منتشر شده است، توصیه شده است که نمودارهای سطح پایه (ground state) که در وبسایت Materials Project ارائه می شوند، برای طراحی آلیاژهای چندعنصری استفاده شود که شامل شیشه های فلزی و آلیاژهای انتروپی بالا می گردد. همچنین، در این مقاله نشان داده شده است که محاسبات ترمودینامیکی در پیش بینی فازهای حاصل در BioHEAها موثر هستند. در نتیجۀ این پژوهش، از پارامترهای تراکم الکترون های ظرفیت و درصد معادل مولیبدن، برای طراحی آلیاژهای انتروپی بالا استفاده شده است که منجر به توسعه آلیاژ جدید Zr-Hf-Nb-Ta-Mo شده است. این دو پارامتر در طراحی آلیاژهای انتروپی بالا و متوسط زیستی با ساختار BCC، موثر هستند. در نهایت، ترکیب آلیاژ انتروپی بالا و زیستی Ti28.33Zr28.33Hf28.33Nb6.74Ta6.74Mo1.55 توسعه یافته است که زیست سازگاری آن قابل قیاس با CP-Ti است و خواص مکانیکی آن بهتر از CP-Ti بوده است و چقرمگی کششی آن نیز در دمای محیط، مناسب بوده است. یافته این پژوهش، مسیر جدیدی را برای توسعه آلیاژهای زیست سازگار و انتروپی بالای Ti-Zr-Hf-Nb-Ta-Mo فراهم می کند که می توانند در سایر سیستم های BioHEA نیز به کار روند. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

طراحی و توسعه آلیاژهای انتروپی بالای Ti-Zr-Hf-Nb-Ta-Mo در بایومواد فلزی Design and development of Ti–Zr–Hf–Nb–Ta–Mo high-entropy alloys for metallic biomaterials 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

در این مقاله که در مجله Advanced Engineering Materials منتشر شده است، با استفاده از روش یادگیری ماشینی برای درک اثرات عناصر آلیاژی بر روی سختی، شروع می شود. با در نظر داشتین آنالیز یادگیری ماشینی، فولادهایی با ترکیب بهینه برای بررسی دقیق تر انتخاب شدند. برای شناسایی کارآمدی مدل های توسعه یافته، مشخصه یابی و ارزیابی دقیقی بر روی سختی و میکروساختار نمونه های بهینه، انجام شده است که به خواص مکانیکی و مقاومت سایشی ارتباط دارد. سپس، خواص سایشی و اصطکاکی فولاد ساخته شده تحت شرایط سایش خشک و بارگذاری پیوسته بررسی شده است و با سایر فولادهای گزارش شده در مقالات، مقایسه شده است. همچنین، بررسی های دقیقی بر روی مکانیزم های سایشی انجام شده است. نتایج این پژوهش و یادگیری ماشینی نشان داد که فولاد طراحی شده دارای خواص مکانیکی و سختی فوق العاده ای است و از میکروساختار پرلیت ریز لایه ای (لاملار) تشکیل شده است. این فولاد پرلیتی مکانیزم سایش تلیقی را نشان داد که شامل سایش خراشان، چسبان، پوسته پوسته شدن، و تغییر شکل پلاستیکی می شود. در نتیجه، فولادهای طراحی شده سختی بسیار بالایی دارند و خواص مکانیکی و تریبولوژی خوبی نیز دارند که بسیار بهتر از مقالاتی هستند که تاکنون گزارش شده اند. این کار می تواند به توسعه یک ترکیب مناسب برای ایجاد خواص مکانیکی، تریبولوژی و سختی مطلوب و عالی، کمک کند که کاربرد مستقیم در صنایع فولادی و راه آهن های سنگین، دارند. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

توسعه فولاد پرلیتی با خواص مکانیکی و تریبولوژی چشمگیر از طریق یادگیری ماشینی برای کاربرد در ریل راه آهن های سنگین Machine Learning-Guided Design of Pearlitic Steel with Promising Mechanical and Tribological Properties فولادهای پرلیتی کاربردهای مهمی در صنایع دارند و به دلیل دارا بودن عملکرد چشمگیر در خواص ضدسایشی و استحکام بالا، در سال های اخیر، توجه بیشتری به آن ها شده است. همچنین، فولادهای یوتکتوییدی یا هایپریوکتوییدی که دارای میکروساختار تقریبا کاملا پرلیتی هستند، به عنوان گزینه ای برای ساخت ریل های راه آهن در نظر گرفته می شوند. با این وجود، شرایط حمل و نقل بسیار سنگین موجب شده است که ریسک آسیب و تخریب فولادهای ریل، افزایش یابد. با توجه به شرایط پیچیده، این باورکلی وجود دارد که طول عمر ریل رابطه مستقیمی با رفتار سایش آن ها دارد، که شامل مکانیزم های خراشان (abrasive)، چسبان (adhesive) و سایش می شود. زمانی که فولاد در معرض سایش خراشان قرار می گیرد، خواص مکانیکی آن تضعیف می شود و منجر به کاهش وزن و تغییر ظاهری آن می شود. در نتیجه، رفتار این فولادها در حضور بارهای سنگین بایستی بررسی شود و با توجه به افزایش ترافیک عبوری از ریل های راه آهن، بایستی خواص مکانیکی و تریبولوژی فولادهای راه آهن افزایش یابد. همانطور که اشاره شد، شرایط دشوار حاکم بر ریل های راه آهن به توسعه فولادهایی با استحکام بالاتر همراه با مقاومت عالی در برابر سایش نیاز دارد که به چالشی در امنیت سرویس در شبکه های راه آهن تبدیل شده است. به طور کلی، خواص سایشی مواد مورد استفاده در راه آهن تحت تاثیر عواملی مانند بارگذاری، انطباق سختی، سختی سطح، و غیره قرار دارد. تا کنون، تلاش های صورت گرفته است تا سختی و مقاومت به سایش فولادهای پرلیتی موجود، از طریق اصلاح ترکیب، افزایش یابد. در زمینه کاربردهای تریبولوژی، محققین گزارش کرده اند که مقاومت سایشی و اصطکاکی ریل های راه آهن را می توان از طریق اصلاح فاصله گذاری پرلیت و افزایش سختی، بهبود داد. بنابرین، فناوری ای که می تواند سختی مواد را افزایش دهد، در زمینه های مختلفی به کار رفته است تا عملکرد تریبولوژی را افزایش دهد. در دهه های گذشته، توجه فراوانی به اصلاح ترکیب مواد برای بهبود خواص سختی و تریبولوژی شده مواد ریل شده است. رابطه بین تغییرات سختی با توجه به عناصر آلیاژی، بایستی آشکار شود تا به درک جامعی دست یافت. بررسی تمام عوامل موثر در خواص، به زمان و منابع بسیار زیادی نیاز دارد که همراه با سعی و خطا در آزمایش ها خواهد شد تا به یک راه حل جامع برسد. اما، یادگیری ماشینی که در داده های مواد به کار می رود، به یک راه موثر برای دستیابی به خواص مطلوب در زمینه طراحی و توسعه مواد تبدیل شد است. برای نمونه، با استفاده از روش یادگیری DCSA توسعه یافته است که توصیف گرهای چندگانۀ مواد را برای پیش بینی سریع و منطقی طول عمر پارگی خزشی، در نظر می گیرد که اهمیت بسیار بالایی در رسم نقشه ای از رابطه دقیق بین خواص-ساختار در تعیین طول عمر پارگی خزشی، دارد. علاوه بر آن، اخیراً اصلاح ترکیب مواد از طریق یادگیری ماشینی به عنوان روشی برای بهبود خواص مکانیکی و تریبولوژی مواد پیشنهاد شده است. انتخاب الگوریتم نقش مهمی در توسعه مدل مناسب با عملکرد پیش بینی عالی، بازی می کند. از نظر روابط پیچیده، ورش GRNN که مخفف generalize regression neural network است، که عموما در نمونه های کوجک به کار می رود، راه حل بهتری برای مسائل یادگیری غیرخطی و با ابعاد بالا، است. با در نظر گرفتن دشواری جمع آوری دیتا از مقالات گزارش شده، روش GRNN به عنوان ابزاری موثر برای حل مشکل دیتای محدود در ایجاد مدل رابطه ای بین خواص-ترکیب، در نظر گرفته می شود. در نتیجه، ترکیب بهینه آلیاژی را می تواند برای رسیدن به خواص مکانیکی و سختی مطلوب در نظر گرفت، که به صورت همزمان خواص سایشی در شبکه های راه آهن را افزایش می دهند.

توسعه فولاد پرلیتی با خواص مکانیکی و تریبولوژی چشمگیر از طریق یادگیری ماشینی برای کاربرد در ریل راه آهن های سنگین Machine Learning-Guided Design of Pearlitic Steel with Promising Mechanical and Tribological Properties 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

ساخت بایونیک های منعطف و مستحکم با استفاده از هیدروژل های خود ترمیم-شونده و چندکارۀ ابریشم-گرافن The Manufacture of Unbreakable Bionics via Multifunctional and Self-Healing Silk–Graphene Hydrogels فیبروین ابریشم که از پیله های کرم ابریشم استخراج می شود، دارای استحکام کششی ویژۀ بسیار بالا (تقریبا 740 مگاپاسکال)، چقرمگی بالا، انعطاف پذیری خوب، و مقاومت عالی در برابر سایش و گسیختگی است. نکته مهمی که منجر به این خواص عالی می شود، به ورق های-بتای کریستالین سخت و دومِین های بسیار آمورف نسبت داده می شود که می توانند انرژی مکانیکی اعمال شده را در درون فیبروین دفع کنند و در نتیجه، به صورت همزمان سفتی و چقرمگی عالی حاصل می شود. انعطاف پذیری لایه های فیبروین موجب شده است که این ساختارها با مشخصات انحناوار بدن انسان، سازگار باشد و با تلفیق سفتی و چقرمگی، می توانند از شکست ناگهانی مکانیکی در برابر بارهای دینامیکی یا تحمل وزن، جلوگیری کنند. به این دلیل، مواد پایه ابریشم در بایوالکترونیک انعطاف پذیر مانند حسگرهای قلب، الکترودهای مغز، پوست الکترونیکی و همچنین ایمپلنت ها، به کار می روند. بایوموادی که قادر به انتقال سیگنال در فواصل طولانی تری نسبت به ادوات ایستا، هستند، فرصت های بسیار جدیدی را انسان فراهم می کنند، از این طریق که این بایومواد می توانند رفتار بافت ها در انتشار اطلاعات را کپی کنند. همچین این بایومواد بایستی انعطاف پذیر باشند تا بتوان در بخش های انحناوار بدن از آن ها استفاده کرد. علاوه بر آن، بایومواد مورد استفاده در بایوالکترونیک، بایستی خواص الکتریکی و مکانیکی طبیعی، همراه با، توانیی خود-ترمیم شوندگی را مانند ارگان ها و بافت های طبیعی، داشته باشند. به این منظور، یک ساختار جدید ارائه شده است که می تواند خواص مورد نظر را تلیق کند و در بایونیک به کار رود. این کار پژوهشی که در مجله Advanced Materials منتشر شده است، فیبروین ابریشم و گرافن اکساید احیا شده را میکس می کند. محققین این مقاله، این کامپوزیت را CareGum (چسب مراقبتی) نامیده اند و در چسب فنولی به کار برده اند تا پیوندهای هیدروژنی شاخه وار و فداشونده، ایجاد شوند. شکل گیری پیوندهای شاخه وار موجب ایجاد چقرمگی مکانیکی بسیار بالا، ظرفیت افزایش طول فوق العاده و رکورددار (تقریبا 25000 درصد)، سازگاری عالی با سطوح پیچیده، قابلیت پرینت 3-بعدی، افزایش ده برابری رسانایی الکتریکی، و افزایش چهاربرابری مدول یانگ نسبت به اجزای ابتایی، می شود. با بهره بردن از این خواص ویژه و عالی، محققین توانسته اند یک دستکش بایونیک مقاوم و خود-ترمیم شونده را برای حس حرکات دست و انتقال سینگال، توسعه دهند. در واقعا، این کامپوزیت یک ماده پیشرفته و جدید است که کاربردهای چشمگیری در زمینه هایی مانند سایبروگانیک (آدم مکانیکی)، بایونیک، رباتیک نرم، فصل مشترک انسان-ماشین، پرینت 3-بعدی ادوات الکترونیکی، و بایوالکترونیک انعطاف پذیر، داشته باشد. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

ساخت بایونیک های منعطف و مستحکم با استفاده از هیدروژل های خود ترمیم-شونده و چندکارۀ ابریشم-گرافن The Manufacture of Unbreakable Bionics via Multifunctional and Self-Healing Silk–Graphene Hydrogels 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram

پرینت 3-بعدی سرامیک های مقاوم به آسیب از طریق پوشش مقاوم Damage-tolerant 3D-printed ceramics via conformal coating سرامیک ها که دارای خواص فوق العاده ای، همچون مقاومت محیطی بالا، چگالی پایین، و خواص مکانیکی عالی هستند، در کاربردهای مهندسی بسیار محبوب هستند. همچنین، زیست سازگاری چشمگیر سرامیک ها موجب شده است که در کاربردهای زیست درمانی مانند جایگزینی استخوان، داربست های مهندسی بافت، دندان ها، و ابزار جراحی، نیز مورد توجه باشند. با این وجود، سرامیک ها تغییرشکل پلاستیک تقریبا صفر و چقرمگی بسیار پایینی دارند، چون تحمل بسیار پایینی در برابر شکست از خود نشان می دهند. حتی کوچک ترین عیوب که در حین فرایند ساخت ایجاد می شوند، می توانند استحکام و چقرمگی سرامیک ها را تغییر دهند. در نتیجه، تردی ذاتی یا مکانیزم استحکام دهی ضعیف سرامیک ها، کاربردشان را، به خصوص در شرایط محیطی، محدود کرده است. در سوی دیگر، طبیعت از طریق توسعه کامپوزیت های پایه سرامیک و با بهره بردن از طرح های پیچیده ای با مقیاس های طولی چندگانه و طرح های درونی شده، بر محدودیت های سرامیک ها غلبه کرده است. از این طریق، ترکیب بهینه ای از کانی های سخت با فازهای آلی نرم و از طریق روی هم قرار گرفتن به صورت لایه به لایه، ایجاد می شود. مثال های فراوانی در زمینه ساختارهای کامپوزیتی پایه سرامیک با استحکام عالی وجود دارد که از اجزایی ساخته شده اند که خواص مکانیکی نسبتا پایینی دارند. برای نمونه، مروارید از پوسته صدف از صفحات کوچک آجر مانند، لایه ای و نرم آراگونیت (CaCO3) (به میزان 90 درصد حجمی) تشکیل شده است که توسط بایوپلیمرها (5 درصد حجمی) به صورت 3-بعدی، به صورت آجر و ملات، به یکدیگر متصل شده اند و چقرمگی شکست آن تقریبا سه برابر بیشتر از اجزای سازندۀ آن است. به صورت مشابه، استخوان یک نانوکامپوزیت با طراحی شاخه ای (hierarchical) است که از یک زمینه نرم (فیبریل های کالوژن، 20 تا 30 درصد) و نانوکریستال های مینرال سخت (هیدروکسی آپاتیت ورق-مانند، 60 درصد) ساخته شده است که به صورت تناوبی در راستای فیبریل ها، قرار گرفته اند. گرچه این ساختارها میزان مینرال بالایی دارند، آن ها می توانند انتشار ترک را متوقف کنند و از شکست فاجعه بار جلوگیری کنند، از این طریق که چندین مکانیزم استحکام دهی و چقرمه سازی را در مقیاس های اندازه ای متفاوت، ترکیب می کنند. به صورت معمول، میکروساختار این کامپوزیت های طبیعی به صورت جهت گیری طراحی متفاوت طرح شده است، به این ترتیب کهه لایه سطحی سرامیکی سخت استحکام شکست بالایی فراهم می کند و یک سطح پروتئینی نرم امکان تغییر شکل زیاد را فراهم می کند. محققین فراوانی از طریق الگوبرداری از این مفاهیم در طبیعت، اقدام به ساخت ساختارهای سرامیکی با خواص بهتر و چقرمگی به مراتب اصلاح شده، نموده اند. در یکی از موارد اخیر که در مجله Science Advances، منتشر شده است و چندین محقق ایرانی نیز در آن مشارکت دارند، یک ساختار سرامیکی با مقاومت مکانیکی بالا ساخته و طراحی شده است. به صورت خلاصه، این ساختار سرامیکی از طریق پرینت 3-بعدی با طراحی خاصی ساخته شده است و سپس یک پوشش بر روی آن قرار گرفته است تا ساختاری مقاوم، همچون موارد موجود در طبیعت، ساخته شود. این ساختارها با طراحی ویژه با استفاده از پلیمرهای پیش مادۀ سرامیک که توسط سیلیکا پر شده اند، پرینت 3-بعدی شدند، که طی این فرایند، پلیمر پیش مادۀ سرامیک پیرولیز می شود تا داربست های سرامیکی ایجاد شوند، و سپس این ساختار ها توسط یک لایه نازک پلیمیری اپوکسی منعطف، به صورت دیپ کوتینگ، پوشانده می شود. این ساختارهای سرامیکی دارای پوشش پلیمیری، خواص بسیار بهتری را در استحکام فشاری و چقرمگی نشان دادند و از طریق تاخیر قابل توجه در انتشار آسیب، از شکست فاجعه بار نیز جلوگیری کردند. این رویکرد اصلاح سطح موجب می شود که از طریق یک روش ساده، قطعات سرامیکی پیچیده ای ساخته شوند که مقاومت به آسیب بسیار بهتری نسبت به قطعات معمولی دارند. 🆔 @Materials_research 🖥 MatRes.ir 📱Instagram