مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1881

نتایج و بحث
3.1تجزیه و تحلیل XRD
آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) روش ناپایداری قوی است که برای تشخیص فاز ساختاری از ترکیبات مختلف استفاده می شود. بنابراین، XRD یک روش منحصر به فرد در تعیین بلورینگی ترکیب است. شکل 2 (الف) الگوهای XRD توصیف شده از نمونه های رسوب شده را نشان می دهد. ساختار بلوری همه لایه های رسوب شده ارتورومبیک SnS با JCPDS 039-0354 بود. همانطور که در این شکل مشخص شد، نمونه های I (0)، I (1)، I (2) و I (3) در طول نمونه های (021) و (111) و نمونه های I (4) و I (5) در طول (101) و (040) رشد کردند. بنابراین، جالب است که تغییر در جهت گیری ترجیحی لایه های نازک ایندیم-آلاییده رسوب شده Sn با توجه به افزایش غلظت ایندیم ناخالص ساز مشاهده شده بود. همچنین هیچ اثری از In، In2O3، و In2S3 یا سایر ناخالصی ها را نمی توان در تمام نمونه ها پیدا کرد. همانطور که در الگوی xRD مشاهده می شود، با افزایش غلظت ناخالص ساز ایندیم، پیک کمتر شدید و گسترده تر می شوند که نشان دهنده کاهش در نمونه های بلوری می باشد. از این رو، آن افزایش قابل توجهی در نقایص کریستالی و ناسازگاری به تاوجه به ایندیم-آلاییده را نشان می دهد.
برای بهتر بررسی اثر ایندیم-آلاییده روی خواص ساختاری SnS، نمودار I-2 θ برای (111) پیک پراش صفحه (شکل 2 (b)) از کلیه نمونه ها گرفته شده است. تغیر از (111) موقعیت پیک به θ 2 بالاتر به علت تغییر در شعاع یونی مؤثر بین Sn2 + (0.93 A) و In3 + (0.80 A) شناسایی شده است.
شبکه های ثابت برای SnS های خالص و لایه های نازک ایندیم-آلاییده SnS با استفاده از رابطه زیر حاصل می شود [30] که (hkl) شاخص های میلر برای صفحاتی با شدت بیشتر، یعنی صفحه های (040)، (021)، (111)، و dkkl مسافت بین مسطح است. جدول 1 پارامترهای شبکه محاسباتی و پارامترهای ساختاری را برای SnS خالص و نمونه های SnS ایندیم-آلاییده را خلاصه می کند. واضح است که جایگزینی In3 + برای Sn2 + در ساختار SnS منجر به کاهش حجم سلول واحد می شود. دلیل این پدیده، شعاع یونهای مؤثرتر In3 + است که با Sn2 + مقایسه می شود، که باعث کاهش در dkkl و در نتیجه حجم سلول واحد می شود.
جدول 1: برخی از ویژگی های ساختاری SnS خالص و نمونه های ایندیم-آلاییده SnS ناشی از الگوهای XRD می باشد.

اثر ایندیم آلاییده بر روی پارامترهای شبکه لایه های نازک SnS در شکل 3 نشان داده شده است. همانطور که در این شکل آشکار بود، پارامترهای شبکه لایه های نازک SnS به دلیل ایندیم آلاییده افزایش یافته است. این وقوع به وضوح نشان می دهد که ناخالصی ایندیم جایگزین آلاییده در شبکه SnS می شود.
با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، بررسی های توپوگرافی نمونه های I (0)، I (1) و I (2) بیش از یک مساحت 6 μm × 6 μm انجام می شود. شکل 4 تصویر AFM از لایه های ذخیره شده را نمایش می دهد. شکل 4 نشان داد که افزایش در مقدار ناخالصی ایندیم در شبکه های SnS منجر به تغیر درریخت شناسی دانه مانند به صفحه های نازک رشد ستونی می شود. علاوه بر این، اندازه دانه از لایه های نازک SnS به دلیل ایندیم آلاییده ضعیف تر شد. بنابراين، تغيير در ریخت شناسی نانوساختارهاي SnS ایندیم آلاییده نشان مي دهد که ناخالصی ایندیم با موفقیت در شبکه SnS آلاییده شده است.
3.2 اندازه و فشار کریستالیت
در این بخش، از روش های مختلف برای اندازه گیری اندازه کریستالیت و فشار شبکه استفاده می شود. این روش ها عبارتند از روش شرر، W-H( شامل UDM، UDSM، UDEDM) و روش SSP می باشد.
با استفاده از الگوهای XRD، اندازه بلوری (D) از معادله شرر برآورد شده است .
که D، K، و λ اندازه کریستالی هستند، شکل وابسته ثابت برابر با 0.94 و طول موج اشعه ایکس تابش Cu-Kα 0.154 056) نانومتر) بود. همچنین، βhkl پیک عرض در نیمه حداکثر شدت (FWHM)، و θB زاویه براگ است. عرض زاويه براگ با ترکیب ابزاری و اثرات مستقل نمونه تشکیل مي شود
اثر ابزاری از افزایش پیک یک نمونه مرجع (سیلیکون) ارزیابی می شود.
معادله شرر را می توان با استفاده از βhkl اصلاح شده به شرح زیر تنظیم کرد.
اندازه کریستالیت (D) از شیب cos θ نسبت به 1 / βhkl با استفاده از معادله (5) تخمین زده می شود. در نتیجه، مقدار شیب kλ / مقدار اندازه کریستالیت را نشان می دهد. شکل 5 طرح های شرر از لایه های نازک ایندیم آلاییده SnS نانوساختار و غیرآلاییده را نشان می دهد. مشخص است که اندازه کریستالیت D از SnS با توجه به ایندیم-آلاییده کاهش می یابد. همچنين كاهش درD لایه های نازك غیرآلاییده SnS پس از ایندیم-آلاییده مي تواند به دليل تغيير در شعاع يوني Sn2 + و In3 +. موثر باشد. بنابراین کیفیت کریستال SnS غیرآلاییده پس از ایندیم-آلاییده کاهش می یابد که می تواند به ناسازگاری شبکۀ ایجاد شده نسبت داده شود.
3.2.2 شیوه های W-H
طرح ویلیامسون-هول (W-H) و اندازه فشار (SSP) دو روش برای برآورد D و فشار شبکه می باشد. در این مقاله، سه مدل از روش W-H شامل UDM، UDSM، وUDEDM برای برآورد پارامترهای ساختاری استفاده می شود. مدل UDM برای بررسی فشار یکنواخت در شبکه های بلوری پیشنهاد شد. در این روش، فرمول W-H بر اندازه اثر گسترده و تاثیرگسترش فشار متکی است. اثر اندازه گسترده با فرمول (βDS) (دبی-شرر معادله (3) توصیف می شود، در حالی که اصطلاح گسترش فشار از نقص و تحریف در شبکه های کریستال (معادله (6)) شروع می شود.

فرآوری، تغییرات میکروساختاری و خصوصیات استقامت کامپوزیت های ماتریس منیزیم در محل که حاوی ذرات SiCNO مشتق پلیمری در اندازه نانویی می باشند

Processing, microstructural evolution and strength properties of in-situ magnesium matrix composites containing nano-sized polymer derived SiCNO particles

Abstract

In-situ Mg matrix composites are fabricated by combining both liquid- and solid-state processing routes. Firstly, liquid polymer was injected into the molten Mg at a temperature of 800 °C to initiate pyrolysis. In-situ pyrolysis aids in the conversion of liquid polymer into sub-micron sized SiCNO particles (mean particle size in the range of 0.5–1 µm) and Mg2Si particles. Most of the polymer derived SiCNO particles were pushed by the solidification front and as a result segregated at the grain boundaries of as-cast composites (mean grain size in range of 50–65 µm) during subsequent solidification process. Formation of Mg2Si phase could be minimized by reducing the pyrolysis temperature from 800 to 700 °C. Single pass friction stir processing (FSP) of these as-cast composites lead to improved homogeneity in the SiCNO particle distribution, particle refinement (mean particle size of about 200–300 nm) and grain refinement (mean grain size in range of 2.5–3.5 µm). Mechanical properties (hardness, compressive yield stress, ultimate compressive stress, strain to failure and strain hardening exponent) of the FS processed composites were enhanced significantly as compared to their as-cast counterparts. Strengthening mechanisms and numerical models are being evoked to explain the observed yield strength in these two stage processed composites.

1 Introduction

Magnesium metal matrix composites (MMMCs) have significant potential in the design and manufacturing of next generation automotive and aerospace vehicles having light weight and reduced fuel consumption [1,2]. In-situ composite fabrication techniques seem to be gaining attraction since it overcomes several issues (non-uniformity of particle distribution, poor wettability and weak interfaces) associated with composites produced by conventional processing techniques [3,4]. In general, in-situ MMCs consist of ultra fine-sized and thermodynamically stable ceramic particles, clean and unoxidized ceramic-metal interfaces with high interfacial strength, due to improved wettability. There exist several variants of in-situ processes. These include both liquid metallurgy, and solid state processing routes [5–10]. Bhingole [7] added magnesium nitrate as oxygen supplying agent into the molten Mg-alloy and synthesized in-situ AZ91 matrix composites by in-situ reactive formation of hard MgO and Al2O3 particles. Despite the fact that numerous in-situ MMC processing routes are reported in the literature [5–10], their reaction pathways and chemical kinetics are complex to understand. Sudarshan et al. [11,12] developed a novel processing route to synthesize in-situ Mg-based MMCs by utilizing pyrolysis of polymer precursor within the molten Mg. Since polymer precursor contain all the constituents of ceramic phases within organic molecules itself, an in-situ pyrolysis aids in the conversion of polymer into ceramic particles without any chemical reaction between precursor and the host metal. However, they indentified two critical processing issues [11,12]: firstly the reaction between polymer precursor and magnesium melt results in the formation of brittle Mg2Si particles at pyrolysis temperature ranging from 800 to 1000 °C. This brittle Mg2Si phase impairs the ductility of resulting composite. Further, this leads to the reduction in the amount of polymer precursor available for generation of sub-micron sized SiCNO particles. Secondly, most of the polymer derived ceramic (PDC) particles were pushed away by the solidification front and as a result segregated at the grain boundaries. Such grain boundary segregation limits the enhancement in the mechanical properties of the final in-situ MMCs.

The nature and magnitude of interactive force between the ceramic particles and solidification front determines the nature of particle distribution in the final MMCs [13]. If the net force is attractive, the particles could be trapped within grain resulting in uniform dispersion where as repulsive forces leads to segregation of particles at the grain boundaries. Rapid solidification processing [14] and disintegrated melt technique [15] minimize the grain boundary segregation due to higher cooling rate to certain extent; however, it is difficult to understand and control the nature of interactive forces, and the solidification variables preciously during large-scale manufacturing of cast composites. Secondary process such as hot extrusion is more often used to bring about uniformity in particle distribution and to eliminate /minimize casting defects in the composites [16]. However, under non optimal conditions this may lead to some level of texture and anisotropy in the particulate MMCs.

In the present investigation, friction stir processing (FSP), one of the well-established solid state processing technique [17] has been explored as a technique to achieve both grain refinement and uniform distribution of reinforced particle distribution in the cast composites. These improvements have accrued due to intense material flow and dynamic recrystallization (DRX) which are the main attributes of FSP. Therefore, FSP can be utilized to minimize the grain boundary segregation of particles in the as-cast in-situ MMCs. In addition, FSP can also be used to eliminate/minimize casting defects akin to hotextrusion process. Arora et al. [18] observed the formation of in-situ nano-particles during FSP of AE42 Mg-alloys. Ranjit [19] modified the as-cast microstructures of Al-TiC in-situ composites by FSP. Ajay et al. [20] achieved a five-fold increase in microhardness of Cu-based in-situ MMCs after introducing polymer precursor by multi-pass friction stir processing (FSP). In their work, since the pyrolysis temperature (800 °C) of polymer precursor is lower than the melting temperature of Cu matrix (1083 °C); in-situ pyrolysis can be performed by solid state FSP itself. However, for the case of Mg, liquid state processing is required to initiate the pyrolysis for the conversion of polymer in to ceramic phase as pyrolysis temperature (700–800 °C) is greater than the melting temperature of Mg (650 °C). Use of FSP process has not been reported for the light weight in-situ MMCs dispersed with polymer derived ceramic (PDC) particles to the best of our knowledge. The primary objective of the present paper is three-fold; (i) to minimize the formation of Mg2Si phase by lowering the process or pyrolysis temperature, and (ii) to achieve the uniform dispersion of PDC particles throughout the magnesium matrix via FSP and (iii) to investigate the microstructural evolution, strength properties and the basis of strengthening of two stage processed in-situ MMCs.

ورقه های نانوکامپوزیت پلیمری با فسفر upconversion غیرآلی و افزودنی های نوری الکتریکی که با ماتریس پرتوی سه گانه هم جریان کمک شده و ته نشست لیزری پالسی مستقیم ایجاد شده است

Polymer nano-composite films with inorganic upconversion phosphor and electro-optic additives made by concurrent triple-beam matrix assisted and direct pulsed laser deposition

Abstract

The work was to investigate polymer nano-composite films with two inorganic additives: upconversion fluorescent phosphor NaYF4:Yb3+, Er3+ and aluminum doped ZnO (AZO). The films were deposited using a new method of concurrent evaporation of the frozen solution of polymer poly(methyl methacrylate) (PMMA) using the matrix assisted pulsed laser evaporation (MAPLE) and the ablation of the phosphor and AZO targets using the pulsed laser deposition (PLD). Three laser beams, an infrared 1064-nm beam for the MAPLE and two 532-nm beams for the PLD targets, were concurrently used in the process. A new target holder with remote control of the target tilt was designed to provide overlapping of the plumes from the three targets and uniform mixing of the additives in the polymer film. The fabricated nano-composite films were characterized using X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), and the measurement of the quantum efficiency (QE) of the upconversion fluorescence. The films retained the crystalline structure of the inorganic additives. The size of the nano-particles varied in the range 10–200 nm. Upconversion QE of the films was an order of magnitude less than that of the bulk phosphor, which can be explained by lesser number of the rare-earth ions in the nano-particles in the polymer film than in the micro-grains of the bulk phosphor. The AZO additive increased QE by 1.6 times to (0.072 ± 0.022) % more likely due to the plasmonic enhancement of the local optical infra-red pump (980 nm) field. The proposed triple-beam triple-target MAPLE/PLD method can be potentially used for making a wide variety of nano-composite films.

1 Introduction

There has been an explosive interest in the technique of laser assisted deposition of polymer nano-composite films exploiting the matrix assisted pulsed laser evaporation (MAPLE) with regard to the polymer host as can be judged form the numerous recent publications [1e40]. In MAPLE, a frozen solution of a polymer in a relatively volatile solvent is used as a laser target. The solvent and concentration are selected so that first, the polymer of interest can dissolve to form a dilute, particulate free solution, second, the majority of the laser energy is initially absorbed by the solvent molecules and not by the solute molecules, and third, there is no photochemical reaction between the solvent and the solute. The light-material interaction in MAPLE can be described as a photothermal process. The photon energy absorbed by the solvent is converted to thermal energy that causes the polymer to be heated but the solvent to vaporize. As the surface solvent molecules are evaporated into the gas phase, polymer molecules are exposed at the gas-target matrix interface. The polymer molecules attain sufficient kinetic energy through collective collisions with the evaporating solvent molecules, to be transferred into the gas phase. By careful optimization of the MAPLE deposition conditions (laser wavelength, repetition rate, solvent type, concentration, temperature, and background gas and gas pressure), this process can occur without any significant polymer decomposition. The MAPLE process proceeds layer-by-layer, depleting the target of solvent and polymer in the same concentration as the starting matrix. When a substrate is positioned directly in the path of the plume, a coating starts to form from the evaporated polymer molecules, while the volatile solvent molecules are evacuated by the pump from the deposition chamber. In case of fabrication of polymer nanocomposites, MAPLE targets are usually prepared as nano-colloids of the additives of interest in the initial polymer solutions.

Mixing the components of different nature, organic polymers and inorganic dopants, in the same target at a certain proportion and exposing them to the same laser beam not necessarily brings good quality nano-composite films. The laser pulse energy and wavelength cannot be optimized for each component individually. Also, the mixing proportion in the composite film is dictated by the initial proportion of the target and thus cannot be changed in the process. These limitations were removed in the recently proposed method of multi-beam and multi-target deposition (in its doublebeam/dual-target variation) using a MAPLE polymer target and one inorganic target, each being concurrently exposed to laser beams of different wavelengths [41e50]. Using the method, nanocomposite films of polymer poly(methyl methacrylate) known as PMMA doped with a rare earth (RE) inorganic upconversion phosphor compounds were prepared. Also, a nano-composite film of thermoelectric film of inorganic aluminum-doped ZnO known as AZO was impregnated with PMMA nano-fillers with the purpose of improving electrical conductivity and thermoelectric performance [46,50]. The polymer target was a frozen (to a temperature of liquid nitrogen) PMMA solution in chlorobenzene exposed to a 1064-nm laser beam from a Q-switched Nd:YAG pulsed laser. The inorganic targets were the pellets made of the compressed micro-powders of highly efficient RE-doped NaYF4 or the sintered powder of AZO concurrently ablated with the conventional pulsed laser deposition (PLD) process using the 532-nm frequency doubled beam from the same laser. The major result was that both, the polymer and the inorganic components could be transferred on a substrate during the combined MAPLE/PLD process in the form of a uniformly mixed nano-composite film preserving the chemical/crystalline structure of the components and with the desired new functional properties (highly efficient upconversion emission or the improved thermoelectric energy harvesting). The early work was limited to two laser beams and two targets (polymer MAPLE and inorganic PLD). Also, the target tilt (in order to provide overlapping of the plumes from both targets on the substrate) was adjusted manually inside the open vacuum chamber before the deposition process. Any correction of the plume directions in order to optimize the overlapping required time consuming operations of opening the chamber followed by degassing and reaching high vacuum. This paper presents the results of the further improvements of the proposed method. The number of the laser beams and the targets is increased to three: one polymer MAPLE and two inorganic PLD targets. The MAPLE target is the frozen solution of PMMA. The inorganic targets are made of an upconversion phosphor and aluminum doped oxide ZnO known as AZO. The targets are tilted remotely without opening the chamber in such a way that the plum overlapping can be optimized during the deposition process. The focus is on preserving the chemical and crystalline structure of the components in the resulting polymer nano-composite films with two inorganic additives and gaining the functionalities attributed to the additives and their interaction with the polymer host and with each other.

سختی سه برابر شده طلا با میکرو الیاژسازی همراه با نورد سرد

Tripling hardness of gold by micro alloying coupled with cold processing

Abstract

Gold has broad applications in jewelry, but suffers from low hardness. In the present work, we show that simultaneous addition of 0.1 wt.% Ce and Si can nearly double the hardness of fine gold. We further show that hardness can be tripled by subsequent cold processing. By systematic structural characterizations and thermal analysis, we find that Ce and Si tend to segregate to grain boundaries and impede grain growth. Our work is helpful for development of new gold micro alloys and for design of jewelry that is more wear and scratch resistant.

1 Introduction

Gold has been utilized since ancient times in a wide variety of applications ranging from culture, decoration to finance, and remains one of the most important materials because of its excellent thermal conductivity, high electrical conductivity, and high corrosion resistance. The arsenic value of gold makes it one of the essential materials for jewelry making [1]. In modern jewelry industry, gold jewelry is fabricated by various techniques, such as press-forming, casting, and electro-forming, etc. [2e6]. Despite the fabrication routes, the value of gold jewelry is largely associated with the purity of gold [1,4].

Gold is one of the most ductile metals and exhibit low hardness, which are beneficial for jewelry fabrication [7]. However, for the same reason, fine gold jewelry can be easily deformed in use [7]. A common approach to circumvent this problem is to increase jewelry thickness to avoid deformation. Nonetheless, the usage of more gold adds more costs on the gold products and thus less profitability. Therefore, enhancing the hardness of fine gold is of great interest [7] and metallurgists have tried many methods [7e12], among which alloying with trace elements is a basic option. For example, addition of Ti can harden fine gold [9]. The underlying mechanism is attributed to precipitation strengthening [9]. Among the available additions, rare earth elements are of particular interest because not only can they increase the strength through solid solution strengthening, precipitation strengthening, grain refinement and dispersion strengthening, but also retard recovery and recrystallization induced softening [10,11]. It should be pointed out that the amount of addition cannot exceed 1 wt.% (wt.% weight percent hereafter), because the purity has to be maintained to be better than 99% to satisfy the customers’ traditional needs [1,7]. According to the customs in gold jewelry industry, such alloys are called gold-based micro-alloys [1,7,8,10,11,13]. Gold-based microalloys with addition less than 0.1 wt. % are special types of microalloys.

It has been found that rare earth elements and Si are effective in strengthening fine gold [11,14,15]. In the present work, we investigate the effect of simultaneous addition of Ce and Si on mechanical property of gold. We show that hardness of gold can be nearly doubled by simultaneous addition of small amount (less than 0.1% by weight) of rare earth element Ce and Si, and tripled by subsequent cold rolling. We further investigate the microstructure origin leading to the greatly enhanced hardness.

نانوذرات ZnO به دست آمده با استفاده از لیزر پالسی و ترکیب آنها با پارچه نخی: آماده سازی و مطالعه فعالیت های ضد باکتریایی

ZnO nanoparticles obtained by pulsed laser ablation and their composite with cotton fabric: Preparation and study of antibacterial activity

Abstract

A simple deposition method was used to prepare a ZnO/cotton fabric composite from water and ethanol dispersions of ZnO nanoparticles obtained by the pulsed laser ablation method. The structure and composition of the nanoparticles from dispersions and as-prepared composites were studied using electron microscopy, X-ray diffraction, and spectroscopy. The nanoparticles and composite obtained exhibited antibacterial activity to three different pathogenic microorganisms—Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Bacillus subtilis. An attempt to understand a mechanism of bactericidal effect of ZnO nanoparticles was made. It was shown that zinc ions and hydrogen peroxide were not responsible for antibacterial activity of the particles and the composite, and surface properties of nanoparticles played an important role in antibacterial activity of zinc oxide. The proposed composite is a promising material for use as an antibacterial bandage.

1 Introduction

Semiconductor nanosized particles are widely used in different fields such as optoelectronics, catalysis, and sensorics. One of such materials is a wide-gap semiconductor (band gap of 3.37 eV), zinc oxide [1]. One more prospective application of ZnO is in biomedicine. Among antimicrobial agents, inorganic so-called “nanoantibiotics” [2] have attracted more and more attention. They exhibit great stability, high activity at low concentrations, and long shelf-life [3–5]. Zinc oxide is known as one of the most promising inorganic antibacterial agents. ZnO was found to demonstrate strong antibacterial and antifungal activity [6–10]. It was also shown [11] that after contact with ZnO slurry the sensitivity of Escherichia coli to some organic antibiotics increased. In addition, ZnO nanoparticles are active at pH values from 7 to 8 [12], which is suitable for use in water for washing and drinking. But despite the abundance of research in this area, the mechanism of antibacterial action of the zinc oxide is still not completely investigated [5,9,11]. ZnO nanoparticles can be used for disinfection purposes not only in the form of dispersions but also as a component of different materials, for example as filler for polymer film or as a coating [13]. Different materials covered with ZnO have been reported, including polymers [14], nano-fiber [15], silk [16], wool fibers [17], and cotton fabric [18–22]. It seems that antibacterial bandages based on different materials covered with ZnO nanoparticles have a great potential for hygienic and medical applications. Cotton fabric has many advantages in this area, such as natural composition, hypoallergenicity, and accessibility, and also it is an air penetrable material. Thus, this material is a very attractive as a basis for bandages containing ZnO.

The method that is the most frequently used for obtaining ZnO/cotton fabric composites is in situ synthesis of zinc oxide on the surface of the fabric. Zinc nitrate [18,20,23], zinc acetate [24], and zinc sulfate [21] are usually used as the source of zinc. Moreover,there is research in which pre-prepared ZnO was deposited on the cotton fabric from its dispersions using a pad-dry cure method [19,23] or layer-by-layer deposition [22]. In our opinion, using preprepared nanoparticle dispersions for obtaining ZnO/cotton fabric composites is more attractive from the practical point of view, since it does not require as precise control of the conditions as in situ methods require.

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1- مقدمه
2-روش های آزمایش
2-1 مواد و ترکیب
2-1-1 تولید نانوذرات سیلیکای مزوپور
2-1-2 ساخت نقاط کوانتومی SnO2
2-1-3 نانوکامپوزیت SnO2 QDs/SiO2 (QDs-MSN)
2-2 تعیین مشخصات
2-3 اندازه گیری جذب
3-1 تعیین مشخصات مواد
3-2خواص جذب
3-2-1 اثر دوز جاذب
3-2-2 تاثیر غلظت اولیه mb و ایزوترم جذب MB
3-2-3 اثر زمان تماس و سینتیک جذب متیلن بلو بر روی 
3-2-4 تاثیر Ph محلول و پتانسیل زتا بر روی جذب سطحی رنگ
3-2-5 اثر دما بر روی جذب MB
3-2-6 اثر غلظت املاح بر جذب متیلن بلو
3-2-7 اثر جاذب های بازیافت بر روی جذب متیلن بلو
40 . نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1- مقدمه
تخلیه فاضلاب های رنگی تصفیه نشده از صنایع نساجی مختلف به محیط به یک مشکل جهانی به دلیل اثرات نامطلوب آن بر روی گیاهان و جانوران(1) تبدیل شده است. بیش از10000 رنگ تجاری موجود است و در سرتاسر دنیا ماده رنگی در هر سال استفاده می شود(2).حدود 10 تا 15 درصد رنک های مورد استفاده در طی فرایند رنگ آمیزی از بین رفته و به عنوان فاضلاب وارد محیط می شوند. بر طبق گزارش بانک جهانی، حدود 17 تا 20 ر درصد آلاینده های صنعتی از پسماند های منسوجات رنگی حاصل شده اند(3). به طور کلی، رنگ های آلی آروماتیک دارای ماهیت پایدار می باشند و از این روی به سختی زیست تجزیه پذیر هستند. تقریبا همه رنگ های فوق برای سیستم اکولوژیکی سمی هستند و دارای خاصیت سرطان زایی هستند. مواجهه در برابر متیلن بلو می تواند موجب آسیب دایم بر چشم های انسان و حیوانات شود. از این نظر، حذف مواد رنگی قبل از تخلیه آب ها بسیار مهم است. روش های مختلف نظیر فیلتراسیون ممبران، تبادل یونی، الکتروشیمیایی، انعقاد، اکسیداسیون شیمیایی و جذب برای حذف رنگ های ارگانیک سمی از فاضلاب صنعتی استفاده می شوند. در میان همه روش های سنتی برای حذف مواد رنگی از محیط محلول، جذب سطحی یک روش موثر و جذاب به دلیل مزیت های آن نظیر بقایای اندک، قابلیت استفاده مجدد از مواد جاذب و سادگی عملیات است(5، 6).
در طی سال های اخیر، کربن فعال رایج ترین جاذب برای حذف رنگ های آلی می باشد با این حال ستفاده از آن به دلیل هزینه زیاد، زیست تجزیه پذیری پایین، وجود خلل و فرج درشت و نیاز به مقدار زیاد جاذب برای حذف سریع محدود شده است(3-7-8). تلاش های زیادی توسط محققان برای یافتن جایگزین مناسب با ظرفیت جذب بالا، حذف سریع و هزینه پایین به منظور حذف رنگ ها از فاضلاب به طور موثر صورت گرفته است. علاوه بر درشت مولکول ها، انتشار ذرات موجب کاهش سرعت جذب و ظرفیت های موجود می شود(9). از این روی، تولید یک جاذب قابل بازیافت با سطح مقطع زیاد و مقاومت انتشاری پایین برای اهداف تجاری از اهمیت زیادی برخوردار است. از این نظر توجه زیادی به تولید مواد جاذب با سطح مقطع زیاد و مقائمت انتشاری پایین شده است. درطی سال های اخیر، مواد اکسید غیر آلی نظیر نانوذرات آهن اکسید، منیزم اکسید و ذرات کامپوزیت با هسته BiFeO3/a-Fe2O3 به عنوان جاذب احتمالی برای رنگ های ارکانیک استفاده شده است. از سوی دیگر، نانوذرات سیلیکای با خلل و فرج متوسط به عنوان یک ماده جاذب منحصر به فرد برای رنگ های مختلف استفاده شده و یک ماده ماتریکس منحصر به فرد برای بار گذاری نانوذرات مختلف است(4،5 و 13). یو و همکاران( 14) نانوکامپوزیت هماتیت سیلیکا را برای حذف MB از محلول آبی تولید کردند. شمسی زاده و همکاران، به طور موثر رنگ اکزالات سبز مالاشیت را با استفاده از کربن فعال بار گذاری شده با نانوذرات اکسید قلع ساختند. نقاط کوانتومی SnO2 نیمه رسانا توجه زیادی را به دلیل اثر قابل توجه در حذف آلاینده ها از فاضلاب به خود معطوف کرده است.
بر اساس مرور منابع MSN بار گذاری شده با SnO2 QD نیاز نانوجاذب رابرطرف می کند که دارای سطح مقطع بزرگ بوده و در عین حال، حضور SnO2 QD موجب کاهش مقاومت انتشاری ذرات می شود(8). MSN بار گذاری شده با SnO2 QD تا کنون به عنوان ماده جاذب برای حذف آلاینده ها از فاضلاب تست نشده است. در این مطالعه، متیلن بلوری کاتیونی به صورت رنگ مدل برای مطالعه عملکرد QDs-MSN انتخاب شد. اثر دوز جاذب، زمان تماس، رنگ اولیه، املاح، دما و اسیدیته محلول اولیه بر ظرفیت چذب بررسی شد. نتایج نشان داد که QDs-MSN یک ماده آلی برای حذف رنگ های ارکانیگ با بار مثبت از فاضلاب رنگی است.

2-روش های آزمایش
2-1 مواد و ترکیب
2-1-1 تولید نانوذرات سیلیکای مزوپور
MSN با روش اصلاح شده استوبر (17) با استفاده از برومید آمونیوم تری متیل استیل به صورت ماده سورفاکتانت و تترا اتیل ارتوسیلیکات به عنوان پیش ساز سیلسیم اکسید استفاده شد. در سنتز معمولی، 100 میلی گرم CTAB در ترکیب اتانول- آب (4:1) 25 میلی لیتر حل شده و مقدار مناسبی از محلول آمونیوم به محلول CTAB تحت هم زنی معناطیسی افزوده شد. 1 میلی لیتر TEOS افزوده شده و دمای محلول به مدت 4 ساعت به میزان 50 درجه در نظر گرفته شد. محصول حاصله شب هنگام در دمای 60 درجه خشک شد.
2-1-2 ساخت نقاط کوانتومی SnO2
SnCl45H2O (98%, Sigma–Aldrich) به عنوان پیش ساز استفاده شد. در این روش SnCl45H2O و هیدروکسید امونیوم به 40 میلی لیتر آب مقطر افزوده شد و هم زنی ادامه یافت. NH4OH به طور هم زمان با محلول SnCl45H2O واکنش داد و رسوب سفیدی را تولید کرد. سپس در دمای اتاق به مدت 8 ساعت با هم زنی پیوسته قرار گرفت محصول خاصله سانتریفیوژ شده و با اتانول و آب میلیکیو شسته شده و در شب هنگام در 60 درجه قرار داده شد
2-1-3 نانوکامپوزیت SnO2 QDs/SiO2 (QDs-MSN)
در این مطالعه، نانوکامپوزیت های QDs-MSN با یک روش شیمیایی مرطوب ساده ساخته شد. ابتدا 50 میلی گرم MSN در 50 میلی لیتر ترکیب محلول آب-امونیاک حل شده و به مدت 4 دقیقه سونیکات شدند. سپس 245 میلی گرم از پیش ماده به این ترکیب افزوده شد. محلول نهایی در دمای اتاق به مدت 8 ساعت به هم زده شد. سپس سانتریفوژ شده و با اتانول و آب میلیکیو شسته شد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Discharge of untreated color effluents from different textile industries to the environment has become a global apprehension due to its harmful impact on flora and fauna [1]. There are more than 100,000 dyes commercially available, and across the globe about 7  105 tonnes of dying materials are being used per annum [2]. About 10–15% of used dyes are lost during the dying process and are released to environment as effluents. According to the World Bank (WB), around 17–20% of industrial pollutions originate from color textile waste [3]. In general, aromatic organic dyes are stable in nature and therefore difficult to be biodegraded. Almost all of these dyes are toxic to the ecological system, and also have carcinogenic properties. Exposure to methylene blue (MB) may cause permanent injury to the eyes of human and animals [4]. In view of this, it is of immense importance to remove the dyestuff before discharging to water bodies. Various techniques such as membrane filtration, ion exchange, electrochemical, coagulation, chemical oxidation, and adsorption are used for removal of different toxic organic dyes from industrial wastewater. Among all these conventional techniques for removing dyestuff from aqueous medium, adsorption is an effective and attractive technique because of its advantages like small amount of residues, reusability of the adsorbent and simplicity of operation etc. [5,6]. Until very recent times, activated carbon was the most widely used adsorbent for removal of organic dyes, but its use is limited by its high cost, low bio-degradability, presence of macropores and requirement of a large amount of adsorbent for fast removal [3,7,8]. Considerable efforts are being made by many researchers to find appropriate replacement with high adsorption capacity, fast removal and low cost in order to effectively remove dyes from wastewaters. Nanomaterials with high surface to volume ratio is one of the most likely choices for this purpose. Moreover, for macromolecules, the particle diffusion may decrease the adsorption rate and available capacity as well [9]. Hence, it is of significant importance to fabricate a recyclable adsorbent with large surface area and small diffusion resistance for its commercial use. In view of this, much attention has been paid to fabricate different nano adsorbent materials [10]. In recent years, different inorganic oxide materials such as Fe3O4 nanoparticles [10], MnO2 nanosheets [11] and BiFeO3/a-Fe2O3 core/shell composite particles [12] have been studied as possible adsorbent for organic dyes. On the other hand, mesoporous silica nanoparticles (MSN) serve as a unique adsorbent material for different organic dyes and also serve as matrix materials for loading of different nanoparticle [3,5,13]. You et al. [14] synthesized silica hematite nanocomposite for removal of MB from aqueous solution. Shamsizadeh and co-workers [15] efficiently removed malachite green-oxalate (MG) dye using tin oxide nanoparticles loaded activated carbon. Semiconducting SnO2 quantum dots (QDs) are presently attracting consideration due to their noticeable effect in removing pollutants from wastewater [16]. In view of the available literature, SnO2 QDs loaded MSN may fulfill the requirement of nano adsorbent; which have large surface area and at the same time the presence of SnO2 QDs decreases the particle diffusion resistance [8]. To the best of our knowledge, SnO2 QDs decorated MSN (QDs-MSN) is not exploited so far as a possible adsorbent materials for removing pollutants from wastewater. In this work, cationic dye methylene blue (MB) is selected as a model dye to study the performance of QDs-MSN as an adsorbent material for water remediation. Here we present a noble approach of decorating MSN with SnO2 QDs. The effect of adsorbent dosage, contact time, initial dye concentration, salt concentration, temperature and pH of the initial solution towards adsorption capacity was investigated. Results show that QDs-MSN is an ideal aspirant for removal of positively charged organic dyes from colored wastewater.

2. Experimental methods

2.1. Materials and synthesis

2.1.1. Synthesis of mesoporous silica nanoparticles (MSN) MSNs was synthesized by modified Stober’s method [17] using cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB, 99%, spectrochem) as surfactant material and tetraethyl orthosilicate (TEOS, 98%, Kemphasol) as precursor for SiO2. In a typical synthesis, 100 mg of CTAB was dissolved in 25 mL water–ethanol mixture (4:1) and an appropriate amount of ammonia solution (NH4OH, 25%, Merck) was added to the CTAB solution under continuous magnetic stirring. Then 1 mL of TEOS was added drop wise and the temperature of the solution was maintained at 50 C for 4 h. The obtained product was dried overnight at 60 C, after washing with ethanol and MilliQ water following centrifugation (6000 rpm for 10 min).

2.1.2. Synthesis of SnO2 quantum dots (QDs) SnCl45H2O (98%, Sigma–Aldrich) was used as the precursor. In this method, SnCl45H2O and ammonium hydroxide (10 mL) were added to 40 ml of deionized water, with continuous stirring. NH4OH instantaneously reacted with SnCl45H2O solution and gave a white precipitation. It was then maintained at room temperature for 8 h with continuous stirring. The obtained product was centrifuged (10,000 rpm for 10 min), washed with ethanol and MilliQ water, and dried overnight at 60 C in air.

2.1.3. Fabrication of SnO2 QDs/SiO2 (QDs-MSN) nanocomposite In this work, we have synthesized the QDs-MSN nanocomposite by a simple wet chemical method. In a typical synthesis batch, first 50 mg MSN was dissolved in 50 mL water–ammonia solution mixture (4:1) and sonicated for 4 min. Then 245 mg of tin precursor (SnCl45H2O) was added to this mixture. The final solution was maintained at room temperature under continuous stirring for 8 h. This was then centrifuged (6000 rpm for 10 min), washed with ethanol and MilliQ water, and dried overnight at 60 C in air.

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده
اکستروژن برشی خالص ( مطلق) (PSE) بعنوان یک تکنیک تغییر شکل شدید جدید (SPD) معرفی شده است. فرآیند SPD جدید ، امکان تغییر شکل شدید فلزات و آلیاژها را در مُد ترکیبی از برش مطلق و ساده ، با فرصت تغییر دادن نسبت برش مطلق به ساده، فراهم میکند. این فرآیند اصولا بر مبنای ان چیزی میباشد که در مقالات بعنوان برش مطلق نامیده میشود، که در آن یک مربع، در امتداد قطری، به یک لوزی تبدیل میشود. ناحیه تغییر شکل در فرایند PSE متشکل از دو بخش میباشد، که عبارتند از نواحی تغییر شکل بالایی و پایینی. در ناحیه تغییر شکل بالایی، سطح مقطع مربع اولیه از نمونه، به تدریج، به لوزی تغییر شکل میدهد ، در حالیکه سطح مقطع ان ثابت باقی میماند و ثابت بودن سطح مقطع، باعث اطمینان از نبود تغییر سرعت میشود و بنابراین، کرنشی در جهت عمود بر سطح مقطع نمونه؛ که منجر به تغییر شکل کرنش صفحه ای شود، ایجاد نمیشود. در ناحیه تغییر شکل پایینی، نمونه، تدریجا با تغییر شکل معکوس با توجه به ناحیه بالایی، هندسه اولیه خود را به دست می اورد. ثابت بودن سطح مقطع نمونه ، امکان تکرار فرآیند تغییر شکل را فراهم می اورد که PSE را به یک کاندید جدید برای فرآوری(پردازش) SPD فلزات و الیاژها تبدیل میکند. کرنش موثر با استفاده از روش هندسی تخمین زده میشود. الیاژ الومینیوم AA1050 ؛ با استفاده از PSE ، تا دو پاس ، بمنظور تایید امکان پذیر بودن فراوری SPD با PSE، تغییر شکل می یابد.

1-مقدمه
در سالهای اخیر، فلزات نانوساختار و الیاژها، در جوامع دانشگاهی به دلیل خواص منحصر بفرد فیزیکی و مکانیکی‌شان، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند [1-5]. در میان همه تکنیکهای تولید بالک مواد نانوساختار (BNM)، تغییر شکل شدید پلاستیک، قابلیتهای قابل توجهی را برای فلزات و الیاژهای مختلف، از خود نشان داده است [6-9]. تکنیکهایSPD مثل اکستروژن زاویه ای کانال برابر ،(ECAE) [10-12], ، پیچ خوردگی فشار بالا (HPT) [12-14]، اکستروژن پیچشی (TE) [15]، پیوند رول تجمعی (ARB) [16], شیار تکراری و صاف کردن (RCS) [17],، آهنگری چند جهتی (MDF) [18]، اکستروژن انبساطی چرخه ای (CEE) [19] و روش جدیدا توسعه یافته اکستروژن برش ساده (SSE) [20, 21] برای تولید BNM [22] در آلیاژها و فلزات مختلف، توسعه یافته اند [6-9].
علیرغم داشتن مشخصات تکنولوژیکی مختلف، این فرایندها معمولا جهت اهداف مشابهی برای تولید BNM , مورد استفاده قرار میگیرند، به هر حال، مُدهای تغییر شکل، از برش مطلق تا برش ساده و نیز از بارگذاری یک نواخت تا بارگذاری چرخه ای و متقاطع تغییر میکند. Segal [23] نشان داده است که حالت تغییر شکل، یعنی برش ساده و یا مطلق، میتواند موجب ایجاد تفاوتهای قابل توجهی در پاسخ ماده به اصلاح دانه شود. مشخص شده است که [23] کاربرد برش ساده ، یک گام کوتاه را در ارزیابی پیوسته، موقعیت یابی زود هنگام و بارگذاری متقاطع ایجاد نموده است که باعث اصلاح دانه میشود، در حالیکه برش خالص ممکن است نقش مشابهی را بازی نکند.
به هر حال، قابل ذکر است که فرآیندی که برای اعمال برش مطلق در مقاله [23] مورد استفاده قرارگرفت ، نورد بوده است که ظرفیت نگه داشتن سطح مقطع ماده را به صورت ثابت، فراهم نمیکند. بنابراین، عجیب نیست، که، مرحله طولانیِ تکامل پیوسته، مرزهای دانه با زاویه بالای مسطح و بارگذاری یکنواخت با کاهش موثر سطح مقطع ماده، در میان این یافته‌ها قرار دارند. همچنین باید افزود که نورد مربوط به کار اضافه‌ای است که باعث ایجاد تغییر شکل ناهمگن میشود، علاوه اینکه سطح مقطع را ثابت نگه نمیدارد و بنابراین، فرآیند مناسبی برای SPD نمیباشد. عدم حضور فرایند SPD که امکان بکار بردن تغییر شکل برشی مطلق همگن و بازگرداندن شکل اولیه نمونه را فراهم کند ، ان را به فرآیند مشکلی برای بررسی اثر مد تغییر شکل ، یعنی برش ساده و مطلق، روی تکامل میکروساختاری، تبدیل نموده است. مد تغییر شکل در اکثر فرایندهای بخوبی شناخته شده SPD، مثل ECAE, HPT, TE , SSE برش ساده میباشد یا به میزان بیشتر قابل توجهی تحت تسلط توسط برش ساده میباشد [23]. بقیه فرآیندهای SPD مثل ARB, RCS, MDF و CEE که بصورت کلی و یا جزیی در مد برش مطلق عمل نمیکنند، بر اساس فرآیندهای شکل دهی سنتی فلز مانند نورد، اکستروژن و یا آهنگری میباشند [16-19]. این فرایندها، ذاتا شامل کارهای اضافی هستند [24] که باعث تغییر شکل ناهمگن و در نتیجه باعث ایجاد ریز ساختار و خواص مکانیکی ناهمگن در سراسر نمونه فراوری شده میشوند. با توجه به دانش نویسنده، هیچ تکنیک SPD ای برای بکار بردن کرنش روی برش غیر ساده و یا در حالت تغییر شکل برش مطلق؛ بدون انجام کار اضافی وجود ندارد. جدیدا، اکستروژن برش مطلق (PSE) ، بعنوان یک تکنیک جدید SPD معرفی شده است [25]. در این مقاله، این فرایند کاملا بررسی شده است. فرآیند، امکان بکار بردن حالت تغییر شکل ترکیبی از برش مطلق و یا ساده ، بدون کار اضافی و ناهمگونی کرنش را تعریف کرده است. ادعا شده است که PSE فرآیند SPD تکی است که در ان ممکن است که بتوان تغییر شکلهای برشی ساده و مطلق ترکیبی را روی مواد بکار برد. فرایند معرفی شده در این مقاله ، امکان مقایسه عادلانه بین بازدهی اصلاح دانه با بکار بردن برش ساده و مطلق را فراهم میکند که میتواند در فعالیتهای مطالعاتی آینده مد نظر قرار گیرد. امکان تغییر شکل شدید مواد با نسبتهای مختلف از برش ساده و مطلق ممکن است منجر به کاربردهای منحصر بفرد برای این فرآیند شود.

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

Pure shear extrusion (PSE) is introduced as a new severe plastic deformation (SPD) technique. The new SPD process provides the possibility of severely deform metals and alloys in a combined mode of pure and simple shear with the opportunity of changing the ratio of pure to simple shear. The process is fundamentally based on what in the literature known as pure shear, in which, a square deforms to a rhombic alongside its diagonals. The deformation zone in PSE process is composed of two sections, i.e., upper and lower deformation zones. In the upper deformation zone, an initial square cross section of a sample gradually changes shape to a rhombic while keeping a constant cross sectional area. The constancy of the cross sectional area certifies no velocity change and therefore, no strain in the direction perpendicular to the cross section of the sample leading to a plane-strain deformation. In the lower deformation zone, the sample gradually gains its initial geometry back by an inverse deformation regarding the upper zone. The constancy of cross section of the sample provides the possibility of repeating the deformation process which makes the PSE as a new candidate for SPD processing of metals and alloys. Effective strain is estimated using a geometrical approach. AA1050 aluminum alloy is deformed up to two passes using PSE in order to verify the feasibility of SPD processing by PSE.

1 Introduction In recent years, nanostructured metals and alloys have gained significant interest in academic research due to their unique physical and mechanical properties [1-5]. Among every production technique of bulk nanostructured materials (BNM), severe plastic deformation has shown remarkable capacities for in different metals and alloys [6-9]. SPD techniques, e.g., equal channel angular extrusion (ECAE) [10-12], high pressure torsion (HPT) [12-14], twist extrusion (TE) [15] accumulative roll bonding (ARB) [16], repetitive corrugation and straightening (RCS) [17], multi-directional forging (MDF) [18], cyclic expansion extrusion (CEE) [19] and recently developed simple shear extrusion (SSE) [20, 21] have been developed towards producing BNM [22] in different metals and alloys [6-9]. Despite of having different technological characteristics, these processes are normally used for similar purposes to produce BNM, however, the deformation modes rang from pure shear to simple shear and as well, from monotonic loading to cyclic and cross loading. It has been shown by Segal [23] that the deformation state, i.e., simple or pure shear, causes significant differences in the response of the material towards grain refinement. It is found [23] that application of simple shear provides a short stage of continuous evolution, early localization and cross loading resulting in a considerable grain refinement while pure shear may not play a similar role. However, it should be mentioned that the process which was used for applying pure shear in that study [23] was rolling which obviously does not provide the capacity of keeping the cross section of the material constant. Therefore, it is not surprising if a long stage of continuous evolution, planar high angle grain boundaries and monotonic loading with effective reduction of material cross section are among the findings. One may add that rolling is associated with redundant work which results in an inhomogeneous deformation in addition to not maintaining a constant cross section and therefore, may not be a most suitable process for SPD. The lack of the presence of a SPD process providing the possibility of applying homogeneous pure shear deformation and returning the initial shape of the sample has made it quite difficult for investigating the effect of deformation mode, i.e., simple and pure shear, on microstructural evolution. The deformation mode in most of the wellknown SPD processes, e.g., ECAE, HPT, TE and SSE, is simple shear or most significantly governed by simple shear [23]. The rest of SPD processes, e.g., ARB, RCS, MDF and CEE which act totally or partly in pure shear, are based on traditional metal forming processes such as rolling, extrusion and forging [16-19]. These processes are inherently involved with redundant work [24] which causes an inhomogeneous deformation and consequently a nonhomogeneous microstructure and mechanical properties throughout the processed sample. To the knowledge of the author, no SPD technique exists for applying strain in non-simple shear or in pure shear deformation state without redundant work.Recently, pure shear extrusion (PSE) is introduced as a new SPD technique [25]. In this article, the process is thoroughly investigated. The process defines the possibility of applying combined deformation state of pure and simple shear without redundant work and strain inhomogeneity. It is claimed that PSE is a single SPD process by which it is possible to apply a homogeneous combined pure and simple shear deformation on materials. The process introduced in this study provides the possibility of a fair comparison between the efficiency in grain refinement by applying simple and pure shear which may be the subject of study in future research activities. The possibility of severe deformation of materials with different ratios of pure and simple shear may result in unique applications for this process.

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

چکیده
گرافن، یک هیبرید sp2 تک لایه از اتم های کربن آرایش یافته در یک شبکه دو بعدی است که صنعت الکتریکی را به دلیل خصوصیات الکتریکی استثنایی اش، به خود جلب کرده است. یکی از امیدوارکننده ترین برنامه های کاربردی این ماده، بکار بردن آن در نانوکامپوزیت های پلیمر است که در آن رابط گرافن براساس مواد است و زنجیره های پلیمری که برای توسعه فناوری ترین دستگاهها، ادغام شده اند. این فصل، خصوصیات الکتریکی چنین گرافن هایی را که براساس نانوکامپوزیت های گرافن هستند را ارائه می دهد و همچنین اثر عوامل مختلف را بر هدایت الکتریکی آنها را مورد بحث قرار می دهد. گرافن قادر است که عایق را به یک انتقال دهنده رسانا که بارگذاری قابل توجه پایینی دارد توسط ایجاد مسیرهای تراوشی برای انتقال الکترون و ساخت پلیمرهای کامپوزیت که از نظر الکتریکی رسانا هستند، تبدیل کند. اثر شرایط پردازش، پراکندگی، تجمع، اصلاح و نسبت ابعاد گرافن بر هدایت الکتریکی نانوکمپوزیت های گرافن/پلیمر نیز مورد بررسی قرار گرفته اند.
کلمات کلیدی: هدایت، پرکولاسیون یا تراوش، اصلاح پرکننده Filler، کسر حجمی، ساخت
1.مقدمه
گرافن، یک ساختار تک اتمی ضخیم، دو بعدی از sp2باند شده به اتم های کربن است که زمینه ی تحقیقات بسیار زیادی را به علت خصوصیات الکتریکی، قدرت تقویت عالی، ویژگی های فیزیکی منحصر بفرد و خصوصیات مکانیکی بالا، به خود جلب کرده است. بنابراین تحقیقات اخیر، بر توسعه عملکرد بالا نانوکامپوزیت های پلیمر با بهره مندی از نانوتکنولوژی گرافن به منظور رسیدن به مواد کامپوزیت جدید برای طیف گسترده ای از زمینه های صنعتی متمرکز شده اند. گرافن بطور چشمگیری خصوصیات پلیمر ها براساس کامپوزیت ها را در بارگذاری بسیار پایین بهبود می بخشد و جذاب ترین ویژگی آن، هدایت سطحی بسیار بالایی است که منجر به تشکیل کامپوزیت های پلیمر رسانای متعددی می گردد. چنین نانوکامپوزیت های گرافن بطور گسترده ای در مواد آنتی استاتیک، حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، حسگرهای شیمیایی، صفحات دو قطبی برای سلولهای سوختی و غیره کاربرد دارند. دیگر برنامه های کاربردی ممکن شامل حفاظت از تداخل فرکانس رادیویی برای دستگاههای الکترونیکی و پراکندگی الکتروستاتیک می باشند(3-1).
کامپوزیت های گرافن با استفاده از روش های پردازش معمولی، می توانند به راحتی اجزای پیچیده ای را با حفظ عالی ساختار و خصوصیات بسازند. این امر برای استفاده کامل از خصوصیات مهم گرافن، اهمیت دارد. گرافن در مقایسه با نانولوله های کربن (CNTs), نسبت سطح به حجم بالاتری دارد که به علت عدم دسترسی سطح داخلی لوله CNT’s به مولکولهای پلیمر است. این باعث می شود که گرافن بطور بالقوه برای بهبود ویژگی های ماتریس های پلیمری مانند خصوصیات الکتریکی، مناسب تر و مطلوب تر باشد. بنابراین کامپوزیت های پلیمری که براساس گرافن هستند، مورد علاقه زمینه صنعتی و تحقیقات دانشگاهی هستند (3).
این فصل یک مرور کلی بر خصوصیات نانوکامپوزیت های پلیمری براساس گرافن را ارائه می دهد. شرح مختصری در مورد سنتز و خصوصیات گرافن نیز در این فصل گنجانده شده است. از آنجا که کتاب کنونی به کاربرد نانوکامپوزیت های گرافن در زمینه های مختلف الکترونیک قابل پوشش و انعطاف پذیر می پردازد، تصور می شود که این فصل، اهمیت بسیاری در هدایت الکتریکی پایه برای برنامه های کاربردی گرافن داشته باشد. پس از ارائه دادن یک طرح کلی در مورد خصوصیات الکتریکی کامپوزیت های پلیمر گرافن، عوامل مختلف موثر بر هدایت و رسانایی مانند نسبت ابعاد فیلر یا پرکننده، پراکندگی، اصلاح سطح گرافن و غیره نیز در اینجا مورد بحث قرار خواهند گرفت. پدیده آستانه نفوذ یا تراوش نیز به تصویر کشیده شده است و در نهایت این فصل با معرفی برخی از برنامه های کاربردی جدید به پایان می رسد.
2. سنتز (ساخت) و خصوصیات
2.1 سنتز گرافن
گرافیت در هر دو شکل منابع طبیعی و منابع سنتزی به مقدار زیاد در دسترس و موجود است و نسبتا ارزان قیمت است (4). مشتقات اصلی گرافیت شامل EG، اکسید گرافیت، نانوپلت های گرافن (GNP), اکسید گرافن (GO), اکسید گرافن کاهشی (RGO), و گرافن می باشند. از آنجا که ویژگی های الکترونیکی، فوتونیکی (نوری)، مکانیکی و حرارتی گرافن به تعداد لایه ها (گرافن های تک لایه (ML), دو لایه (BL), و سه لایه (TL) دارای اهمیت عملی هستند) و ساختار کریستالی آن بستگی دارد ، کنترل سنتز گرافن با لایه تعریف شده، نیز نسبتا قابل توجه است. روش پیلینیگ مکانیکی که با استفاده از آن گرافن برای اولین بار ساخته شد (6)، برای مقیاس های صنعتی تولید مورد استفاده قرار نگرفت. مشتقات GO و RGO معمولا از طریق اکسیداسیون بر پایه محلول و عمل کاهش با استفاده از روش های حرارتی و شیمیایی سنتز می شوند، درحالیکه لایه های گرافن با ویژگی های انتقال الکترون برتر، همیشه با استفاده از روش های خشک مانند رسوب بخار شیمیایی (CVD) و جداسازی سطح سنتز می شوند (13-6). اگرچه بیش از 95% گرافن ها بر فویل های مس رشد می کنند (5)، اما این رشد همبافته نیست و بنابراین رشد کامل بر روی تمام سوبسترا همچنان به عنوان یک چالش یاقی مانده است. ثابت شده است که سطح نیکل (Ni(III بهترین سوبسترا برای رشد همبافته گرافن های همگن از نظر ساختاری هستند که به دلیل عدم تطابق شبکه های کوچک این سطح با گرافن و گرافیت های پیرولیتی محوری می باشد (14). اما این روش به دلیل انحلال کربن در نیکل، زیان هایی دارد، و درنتیجه دستیابی به ضخامت در سراسر سوبسترا، مشکل است. اخیرا روش ساده جداسازی سطح (17-15) برای حل این مشکل و رشد همبافته گرافن بر روی فیلم نیکل (ضخامت تقریبا 100 نانومتر) معرفی شده است (18). اسپکتروسکوپی رامان و میکروسکوپی تونلی روبشی (STM) ، همگنی و یکنواختی لایه گرافن را بر تمام فیلم نیکل تایید می کنند (21-19).

بخشی از مقاله انگلیسی:

Abstract

Graphene, a monolayer of sp2 hybridized carbon atoms arranged in a two dimensional lattice has attracted electronic industrial interest due to its exceptional electrical properties. One of the most promising applications of this material is in polymer nanocomposites in which the interface of graphene based materials and polymer chains merge to develop the most technologically promising devices. This chapter presents the electrical properties of such graphene based polymer nanocomposites and also discusses the effect of various factors on their electrical conductivity. Graphene enables the insulator to conductor transition at significantly lower loading by providing percolated pathways for electron transfer and making the polymers composite electrically conductive. The effect of processing conditions, dispersion, aggregation, modification and aspect ratio of graphene on the electrical conductivity of the graphene/polymer nanocomposites is conferred.

Keywords Conductivity · Percolation · Filler modification · Volume fraction · Fabrication

1 Introduction

Graphene, a two-dimensional, single-atom-thick structure of sp2 bonded carbon atoms, has attracted tremendous research interest due to their excellent reinforcement, electrical properties, unique physical characteristics and high mechanical properties. Therefore, recent research has focused on developing high performance polymer nanocomposites, with the benefit of graphene nanotechnology, to achieve novel composite materials for a wide range of industrial fields. Graphene dramatically improves the properties of polymer based composites at a very low loading and its most fascinating property is the very high surface conductivity leading to the formation of numerous electrically conductive polymer composites. Such conducting graphene nanocomposites have been widely applied in anti-static materials, electromagnetic interference (EMI) shielding, chemical sensor, bipolar plates for fuel cells etc. Other possible applications include radio-frequency interference shielding for electronic devices and electrostatic dissipation [1–3]. By using conventional processing methods, graphene composites can be easily fabricated into intricately shaped components with excellent preservation of the structure and properties. This is very important to make full use of the outstanding properties of graphene. Compared with carbon nanotubes (CNTs), graphene has a higher surface-to-volume ratio because of the inaccessibility of the CNT’s inner tube surface to polymer molecules. This makes graphene potentially more favorable for improving the properties of polymer matrices, such as electrical properties. Therefore, graphene-based polymer composites have attracted both academic and industrial interest [3]. The present chapter gives an overview of the electrical properties of graphene based polymer nanocomposites. A brief description about the synthesis and characterization of graphene is also included in this chapter. Since the present book deals with the applications of graphene nanocomposites in various fields of flexible and wearable electronics, we think this chapter is of much significance as electrical conductivity is the basis for graphene’s such applications. After giving an outline about the electrical properties of graphene polymer composites, the various factors affecting the conductivity such as filler aspect ratio, dispersion, modification of graphene surfaces etc. are also discussed here. The phenomenon of percolation threshold is also well pictured and finally this chapter ends with a few applications.

2 Synthesis and Characterization

2.1 Synthesis of Graphene

Graphite is available in large quantities as in the form of both natural and synthetic sources and is rather inexpensive [4]. The main graphite derivatives include EG, graphite oxide, graphene nanoplatelets (GNP), graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (RGO), and graphene. Because the electronic, photonic, mechanical, and thermal properties of graphene depend on the number of layers [5] [although the monolayer (ML), bi-layer (BL), and tri-layer (TL) graphenes have practical significance] and its crystalline structure, the controlled synthesis of graphene with defined layers is rather significant. The mechanical peeling method by which graphene is first produced [6] is not used for an industrial scale of production. The GO and RGO derivatives are usually synthesized via solution-based oxidation and reduction by thermal and chemical methods, whereas graphene layers with superior electron transport characteristics are always synthesized using dry methods such as chemical vapor deposition (CVD) and surface segregation [6–13]. Although more than 95 % of graphene has been grown on Cu foil [5], this growth was not epitaxial, and thus complete growth over the entire substrate remains a major challenge. The surface of Ni(III) proved to be the best substrate for the epitaxial growth of structurally homogeneous graphene due to the small lattice mismatch of this surface with that of graphene and highly oriented pyrolytic graphite [14]. However, this method suffers from the disadvantage of carbon solubility in nickel, and thus achieving uniform thickness throughout the substrate is difficult. The simple method of surface segregation [15–17] was recently introduced to solve this problem and to epitaxially grow graphene over Ni film (~100 nm thick) [18]. Raman spectroscopy and scanning tunneling microscopy (STM) verified the homogeneity of the graphene layer over the entire Ni film [19–21].

مقالات انگلیسی و ترجمه های فارسی رایگان با فرمت PDF آماده دانلود رایگان میباشند

همچنین ترجمه مقاله با فرمت ورد نیز قابل خریداری و دانلود میباشد

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

فهرست مقاله:

چکیده
1- مقدمه
2 آزمایش
2-1 دستگاه ها و معرف ها
2-2 تعیین مشخصات
2-3 تهیه نانوذرات مغناطیسی
آزمایشات جذب
آزمایشات دفع
نتایج و بحث
3-2-2 سینتیک جذب
3-2-3 ایزوترم های جذب سطحی
3-2-4 بازیافت جاذب
4-نتیجه گیری

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1- مقدمه
رنگ یکی از مهم ترین آلاینده های شناسایی شده در میان آلاینده های فاضلاب حاصل از نساجی می باشد. در عین حال،رنگ های آلی یا ارگانیک به طور گسترده ای در صنایع نساجی، کاغذ، چاپ، عکاسی رنگی،دارویی،چرم،محصولات آرایشی،پلاستیک وسایر صنایع استفاده می شود.بسیاری از این رنگ ها سرطان زا، موتاژنیک و تتراژنیک هستند و از این روی برای انسان، میکرو ارگانیسم ها و ماهی ها سمی هستند. حذف رنک ها از فاضلاب از نظر محیط زیستی اهمیت دارد(2). تا کنون فناوری مختلف از جمله جذب، انعقاد، فلوکوله شدن، فرایند اکسیداسیون پیشرفته،اوزوناسیون، فیلتراسیون ممبران و تصفیه بیولوژیک برای حذف رنگ ها از فاضلاب پیشنهاد شده اند(3-4). جذب یک روش جذاب برای حذف رنگ آلی به دلیل هزینه پایین آن است. از این روی بسیاری از جاذب ها نظیر کربن فعال، کائولین، رس مونت موریلونیت، گل قرمز، رس آجر پزی و. غیره قادر به رنگ زدایی فاضلاب می باشند. به عنوان یک جاذب، نانو مواد مغناطیسی با سطوح بزرگ ، خواص مغناطیسی منحصر به فرد و هزینه پایین، به یک ابزار مهم در زمینه های مختلف تبدیل شده اند. چون نانوذرات Fe3O4 زیست سازگار، با سمیت کم تر، به آسانی قابل سنتز، اقتصادی و سازگار با محیط زیست هستند، بسیاری از جاذب ها از طریق اصلاح نانوذرات Fe3O4 با ترکیبات الی متنوع تولید شده اند. با این حال تعداد کمی از مقاله هاجذب رنگ ها را با ذرات مغناطیسی کراس لینک شده با اسید آمینه نشان داده اند.
در این مطالعه ما به بررسی سنتز و رفتار جذب نانوذرات مغناطیسی Fe3O4 اصلاح شده با پلی لیزین و 3-گلیکوزید اکسی پروپیل تری متوکسیلین پرداختیم. نانوذرات مغناطیسی با طیف های مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی عبوری، انکسار اشعه ایکس، تحلیل ترموگراویمتری و طیف سنج فوتوالکترون اشعه ایکس مشخص شدند. برای درک مکانیسم جذب MNP، ما به بررسی ظرفیت جذب آنیونی Fe3O4@GPTMS@P-Lys به صورت تابعی از زمان، غلظت رنگ و اسیدیته پرداختیم.MNP می تواند به طور موثری رنگ های آمیونی از جمله متیل بلو، اورانژ، آمارانث و قرمز اسیدی 18 از محلول آبی حذف کرد.
آزمایش
2-1 دستگاه ها و معرف ها
همه معرف ها دارای گرید تحلیلی بودند و بر اساس توصیه های کارخانه استفاده شدند. فریک کلرید، فروز سولفات، پلی لیزین، انیدروز سدیم کربنات و چهار رنگ آلی شامل قرمز اسیدی18، اورانژ، متیل بلو، آمارانث از سینوپرهام خریدتری شد. سدیم هیدروکسید و تولوئن از شرکت نیامچین خریداری شد.
2-2 تعیین مشخصات
اندازه ذرات و ویژگی های ریخت شناسی MNP ها با TEM مشخص شد. طیف های مادون قرمز با طیف سنج مادون قرمز نزدیک Bruker VERTEX 70 FT-IR تشخیص داده شدند. خواص مغناطیسی MNP با یک مغناطیس سنج تحلیل شدند. آنالیز گراویمتری در دمای 10 درجه در دقیقه زیر چریان نیتروژن انجام شد. آنالیزور انکسار اشعه ایکس Bruker D8 Advance با تابش Cu Ka برای اندازه گیری انکسار اشعه ایکس استفاده شد. مقادیر اسیدیته با پی اچ سنج PHS-3C اندازه گیری شد. طیف سنج UV-4100 برای تعیین غلظت رنگ های آلی در محلول استفاده شد. پتانسیل زتای مواد با PALS اندازه گیری شد. سطح مقطع ویژه و توزیع ذرات منفذی با نالیزور سطح مقطع و تخلخل اندازه گیری شد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Dye is one of the most significant identified contaminant among the various pollutants of wastewater because of its high toxicity and possible accumulation in the environment. At the same time, organic dyes are extensively used in various branches such as textile, paper, printing, color photography, pharmaceutical, leather, cosmetics, plastic and other industries [1]. Many of these dyes are carcinogenic, mutagenic and teratogenic, so they are toxic to human, microorganisms and fish species. Removal of dyes from wastewater becomes environmentally important [2]. So far, several technologies, including adsorption, coagulation, flocculation, advanced oxidation processes, ozonation, membrane filtration and biological treatment, have been developed and implemented for the purpose of removing the dyes from wastewater [3,4]. Adsorption is an attractive method for the removal of organic dye because of its low cost [5]. Therefore, many adsorbents such as activated carbon [6], kaolin [7], montmorillonite clay [8], waste red mud [9], fullers earth and fired clay [10], were reported to decolorize wastewater. As adsorbent, magnetic nanomaterial possessing large surface areas, unique magnetic properties and low cost, has become an increasingly popular tool in various fields. Because Fe3O4 nanoparticles are biocompatible, low toxic, easily synthesized, particularly economic and environmental friendly [11], many adsorbents were synthesized through surface modification of Fe3O4 nanoparticles with diverse organic compounds. However, a few papers have reported on the adsorption of dyes by the magnetic particles cross-linked with amino acid until now. In our previous work, we reported four kinds of magnetic adsorbents for removing organic dyes [12–15]. The magnetic adsorbent modified with lysine (Fe3O4@GPTMS@Lys) could remove cationic and anionic dyes. However, the maximum adsorption quantity (qm) for anionic dye is below 100 mg/g [15]. In this work, Fe3O4 nanoparticles modified with poly-lysine (Fe3O4@GPTMS@P-Lys) could enhance the maximum adsorption capacity for various anionic dyes including methyl blue (MB), orange I (OR-I), amaranth (AM) and acid red 18 (AR-18) (Fig. 1), because the number of amino group influences qm for anionic dyes and poly-lysine contains much more amino groups than lysine. We have studied the adsorption isotherms, kinetics, desorption and reuse of the MNPs. Furthermore, the Fe3O4@GPTMS@P-Lys MNPs possess high surface areas which lead to higher adsorption capacity and strong superparamagnetic properties that can be handled in an external magnetic field [16].

2. Experimental

2.1. Apparatus and reagents All reagents were of analytical reagent-grade and were used as supplied. Ferric chloride (FeCl36H2O), ferrous sulfate (FeSO47H2O), poly-lysine, anhydrous sodium carbonate (Na2CO3) and four organic dyes acid red 18 (AR-18), orange I (OR-I), methyl blue (MB), amaranth (AM) were purchased from Sinopharm Chemical. Sodium hydroxide (NaOH) and toluene were from Tianjin Guangcheng Chemical. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS) was from J&K Chemical. Aqueous solutions of organic dyes were prepared with deionized water. 2.2. Characterization The particle size and morphological characteristics of the MNPs were detected with a transmission electron microscope (TEM, JEM-1011). Infra-red (IR) spectra were recorded with an IR spectrophotometer Bruker VERTEX 70 FT-IR (Germany). The magnetic properties of the MNPs were analyzed by a vibrating sample magnetometer (VSM, JDM-13E). Thermo gravimetric analysis (TGA) involved use of an SDTQ600 thermo gravimetric analyzer (USA) at 10 C/min under nitrogen flow. A Bruker D8 Advance X-ray diffraction analyzer (Germany) with Cu Ka radiation was used for Xray diffraction (XRD) measurements. pH values were measured with a PHS-3C pH-meter (Tianyou, Shanghai). A UV-4100 spectro photometer (Hitachi) was used to determine organic dyes concentration in solution. Zeta potential of synthesized materials was measured with Zeta PALS (USA). The specific surface area and pore size distribution were performed with Surface Area and Porosity Analyzer (ASAP 2020 HD88). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was recorded on ESCALAB 250 (ThermoFisher SCIENTIFIC).

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1 – مقدمه
در طول سالها، FSW بدلیل اتصال ترکیباتی مانند آلیاژهای آلومینیوم اهمیت بسیار بالایی پیدا کرده است، زیرا حرارت تولید شده در طول فرایند به اندازه کافی شدید نیست که نواقصی را ایجاد کند که به طور معمول، در این مواد در طی جوشکاری ذوب مشاهده می شوند (Thomas و همکارانش، 1999). سرعت چرخش ابزار، سرعت حرکت ابزار و فشار عمودی بر روی صفحات در طی جوشکاری، پارامترهای فرایند اصلی FSW می باشند (Rajakumar و همکارانش،2010). با این حال هندسه ابزار که شامل هندسه شانه ابزار FSW و پروفیل میله پین ابزار است، نیز یک ویژگی قابل توجه است که بر استحکام جوش اثر می گذارد. بنابراين، مطالعه فرايند FSW نیز شامل بررسي و مطالعه ویژگیهای ابزار مي باشد (Su و همکارانش، 2003). اثربخشی یک اتصال FSW به شدت تحت تأثیر چند پارامتر ابزار، بویژه پارامترهای هندسی، مانند ارتفاع و شکل پین (استوانه ای، ذوذنقه ای شکل، پیچشی، و غیره) می باشد که یک تأثیر مرتبط با جریان فلز، و بر روی تولید حرارت بدلیل نیروهای اصطکاک دارد (Leal و همکارانش، 2008؛ Qerin و همکارانش، 2009؛ Rai و همکارانش، 2011؛ Zhang و همکارانش، 2012). ابزار FSW بخش مهمی از این فرایند جوشکاری است. دیوز (Dawes) و توماس (Thomas) (1999)، جزئیات رویکرد توسعه ابزار را در ایجاد جوش مورد ملاحظه قرار دادند و جنبه های طراحی ابزار مفهوم شانه پیمایش را مطرح نمودند. در حالی که مطالعات متعددی بر روی تغییر چرخش و سرعت جوشکاری برای بهینه سازی پارامترهای جوشکاری و مطالعه ریز ساختاری آنها در مورد آلیاژهای آلومینیوم متمرکز شده است، تحقیقات محدودی بر روی اثرات ساختار ابزار صورت گرفته است (Leal و همکارانش 2008؛ Barcellona و ،Buffa، 2004؛ Boz و Kurt، 2004). تعداد زیادی از تحقیقات در زمینه فرایند FSW و بویژه بر روی تجسم جریان مواد در اطراف ابزار FSW انجام شده است (Guerra و همکارانش، 2002). به خوبی شناخته شده است که موادی که دارای تغییر پلاستیکی تغییر شکل هستند، مجبور به جریان در جهت چرخش ابزار از جلو به عقب ابزار FSW می باشند. اگرچه تعدادی از تحقیقات در مطالعات معاصر بر روی بررسی در باره شانه ابزار و پروفیل میله انجام شده است، یک مطالعه دقیق مقایسه ای در باره ویژگی های ابزار اصلی مختلف برای یک ماده معین، به ندرت یافت می شود. بنابراین، بررسی منظم اثر هندسه پروفیل پین بر روی جوش FSW، مورد نیاز می باشد. در این مطالعه، اثر هندسه ابزار مختلف بر روی خواص مکانیکی، ویژگی های ریز ساختاری و نواقص اتصال جوش ایجاد شده از آلیاژ آلومینیوم 7075، مورد مطالعه قرار گرفت.

2 – فعالیت های تجربی
یک صفحه آلیاژ آلومینیوم 6T – 7075، با ترکیب شیمیایی (به wt%) Fe 18/ – Cr 19/ – Cu 55/1 – Mg 4/2 – Zn 7/5 – Al، به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار گرفت. این ابزارها در شکل 1 نشان داده شده است. سرعت های جوشکاری و چرخش، به ترتیب برابر با 63 میلیمتر در دقیقه و 1600 دور در دقیقه بود. میکروساختار این نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترون SEM) مورد بررسی قرار گرفت. یک میکروسکوپ نوری مدل M60BX المپیوس و یک میکروسکوپ الکترون اسکن میدان انتشاری مدل VEGE / TESCAN-XMU (FESEM)، برای بررسی ریز ساختار اتصالات، مورد استفاده قرار گرفت. سطوح شکست نمونه های FSW جوش داده شده پس از انجام آزمایش کشش، بوسیله FESEM مورد بررسی قرار گرفتند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. Introduction

Over the years FSW has increased significance for joining such as aluminum alloys as the heat produced during the process is not severe enough to produce the defects which are generally observed in these materials during fusion welding, Thomas et al. (1999). Rotational speed of the tool, tool traverse speed, and vertical pressure on the plates during welding are the main process parameters of FSW, Rajakumar et al. (2010). However the tool geometry which includes the geometry of the FSW tool shoulder and tool pin probe profile is also a significant characteristic which affects the weld strength. Therefore, study of the FSW process also includes the investigation and study of tool characteristics, Su et al. (2003). The effectiveness of an FSW joint is strongly affected by several tool parameters; in particular, geometrical parameters such as the height and the shape of the pin (cylindrical, trapezoidal, screwed, etc.) has a related influence on the metal flow and on the heat generation due to friction forces, Leal et al. (2008), Querin et al. (2009), Rai et al. (2011), Zhang et al. (2012). The FSW tool is a critical part of this welding process. Dawes and Thomas (1999) defined in detail the tool development approach taken at The Welding Institute and outlined the tool design aspects of the scroll shoulder concept. While there have been several studies focused on the variation of rotation and welding speeds to optimize the welding parameters and study their microstructures for aluminum alloys, limited research has been carried out on the effects of tool structure, Leal et al. (2008), Barcellona and Buffa (2004), Boz and Kurt (2004). A large majority of research conducted on the FSW process has focused specifically on visualizing the material flow around the FSW tool, Guerra et al. (2002). It is well understood that plastically deforming material is forced to flow in the direction of tool rotation from front to the rear of the FSW tool. Even though some work has been done in contemporary literature on the study of the tool shoulder and probe profile, a comparative detailed study of different basic tool features for a given material is rarely found. There is, therefore, a need to systematically investigate the effect of tool pin profile geometries on the FSW weld. In this study, the effects of various tool geometries on mechanical properties, microstructural characteristics and defects of the welded joint made from 7075 aluminum alloy were studied.

2. Experimental

5 mm thickness 7075-T6 Al alloy plate with chemical composition of Al-5.7 Zn-2.4 Mg-1.55 Cu-0.19 Cr-0.18 Fe (in wt.%) was used as base material. The tools are shown in Fig. 1. The welding and rotation speeds were 63 mm min1 and 1600 rpm, respectively. The microstructure of the specimens was studied by using optical (OM) and electron microscopes (SEM). An Olympus BX60M optical microscope and a VEGE/TESCAN-XMU field emission scanning electron microscope (FESEM) were used to examine the microstructure of the joints. Fracture surfaces of the FSWed specimens after tensile test were examined with FESEM.