استفاده از پوشش‌هاي سخت بر روي سطوح مختلف مي‌تواند مقاومت در برابر سايش و تخريب محيط زيست را براي كاربردهاي مكانيكي و تريبولوژيك بهبود بخشد. در سالهاي اخير، پوشش‌هاي كربني الماس‌گونه (Diamond Like Carbon) يا DLC در حوزه مهندسي مكانيك توجه بسياري را به خود جلب كرده‌است، كه دليل آن را مي‌توان خواص منحصر به فرد و ويژگي‌هاي عالي اين پوشش‌ها از قبيل سختي بالا، هدايت حرارتي بالا، مقاومت شيميايي و مقاومت در برابر خوردگي بالا دانست. رسوب‌گذاري و تشكيل پوشش‌هاي فوق سخت DLC بوسيله روش‌هاي مختلف انجام مي‌شود كه در اين ميان تكنيك‌هايي كه بيشتر مورد استفاده قرارگرفته‌اند شامل: رسوب‌گذاري بخار شيميايي (CVD)، رسوب‌‌گذاري بخار فيزيكي (PVD) و پردازش ليزر باريكه يوني مي‌باشند. در سال 1992 براي اولين بار با استفاده از روش الكتروشيميايي رسوب‌گذاري پوشش DLC بر روي بستر سيليكون انجام شد. پس از آن، روش الكتروليت به‌صورت موفقيت‌آميز جهت رسوب‌گذاري پوشش‌هاي DLC با استفاده از حلال‌هاي مختلف آلي مانند: متانول، اتانول، اسيداستيك و DMF بكار گرفته‌شد. در مقايسه با تكنيك‌هاي CVD و PVD، روش‌ الكتروشيميايي برخي مزيت‌هاي منحصر به‌فرد از قبيل شرايط راه‌اندازي ساده، درجه‌حرارت پايين و هم‌چنين هزينه كم را دارا مي‌باشد. در اختراع حاضر براي اولين‌بار در دنيا فرايند آبكاري پوشش DLC از محلول اسيداستيك آبي در ولتاژ پايين (V20- تا 8-) و دماي محيط بر روي فولاد ساده كربني انجام شد و خواص مكانيكي و مقاومت در برابر خوردگي اين پوشش مورد آزمايش و اندازه‌گيري قرار گرفت. به‌منظور مشخص‌كردن خواص مكانيكي سيستم پوشش‌داده‌شده از آزمون ميكروتورفتگي (Micro-indentation) و تست خراش استفاده شد. مقاومت به خوردگي فولاد پوشش داده‌شده با DLC نيز توسط امپدانس الكتروشيميايي در محلول كلرايد خنثي اندازه‌گيري شد. بررسي‌ها نشان داد كه با استفاده از اين روش الكتروشيميايي، پوشش DLC به ضخامت nm250 بر روي فولاد با چسبندگي و مقاومت بالا تشكيل شد. همچنين پوشش تشكيل‌شده تحت شرايط ذكر شده محافظت در برابر خوردگي فوق‌العاده بالايي بر روي بستر فولاد فراهم كرد.

گرافن به عنوان نازكترين ماده در دنيا از خواص قابل توجهي نظير هدايت حرارتي بالا، خواص مكانيكي فوق العاده و خواص انتقال الكترونيك عالي برخوردار است. چنين خواص ذاتي گرافن توجه زيادي را به خود جلب كرده است كه شامل نسلهاي آينده وسايل نظامي راديو فركانسي و سرعت بالا، نانوكامپوزيتهاي تقويت شده هادي حرارتي و الكتريكي، فيلمهاي فوق نازك كربني، نمايشگرهاي نشر ميداني، مدارهاي الكترونيكي، حسگرهاي و الكترودهاي شفاف انعطاف پذير براي دياليز، حسگرهاي زيستي، باطري و سلول هاي خورشيدي مي شود. امروزه روش هاي بسيار متنوعي براي ساخت گرافن بكار برده مي شود كه از متداول ترين آنها مي توان به روش هاي پوسته پوسته كردن ميكرومكانيكي، روش رشد هم بافته، رسوب بخار شيميايي (CVD) و روش هاي شيميايي نام برد. اخيراً توليد گرافن از طريق احيا اكسيد گرافن به روش الكتروشيمي گسترش فراواني پيدا كرده است. اين روش به سبب سادگي، سرعت بالا و دوستدار محيط زيست بودن آن بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته است. معمولاً روش احيا گرافن به روش الكتروشيميايي شامل دو مرحله ساخت اكسيد گرافن و در ادامه احياي الكتروشيمي مي باشد. كيتوسان يكي از مهمترين پلي ساكاريدهايي است كه به سبب خواص فيزيكي و شيميايي منحصربه فرد مانند، زيست سازگاري، خاصيت آنتي باكتريال، تجزيه پذيري و خواص عالي تشكيل فيلم سبب شده مورد توجه محققين و صنايع مختلف باشد. كيتوسان بصورت موفقيت آميزي در بسياري از صنايع مانند بيوتكنولوژيكي، داروسازي، بسته بندي مواد، عمليات تصفيه پسماند، لوازم آرايش و همچنين پوششهاي تابعي انتخاب كننده مورد استفاده قرار ميگيرد. در سالهاي اخير بيشتر محققين پيشنهاد استفاده از كيتوسان و محصولات آنها بعنوان پوشش هاي زيست سازگار را بيان كرده اند كه مي توان از آنها بعنوان پوششهاي زيست سازگار و مقاوم به خوردگي براي كاربردهاي پزشكي استفاده كرد. با وجود خواص بسيار عالي كيتوسان، يكي از محدوديت هاي آن خواص مكانيكي نه چندان مطلوب براي كاربردهاي پزشكي است. به همين دليل هر دو خواص مكانيكي وزيست سازگاري مواد بايد بهبود داده شوند. براي بهبود ويژگي هاي سيستم پليمري علاوه بر مخلوط نمودن پليمرهاي مختلف با يكديگر به منظور دستيابي به خواص بهتر، روش ديگر افزودن گرافن و گرافن اكسايد و تشكيل نانوكامپوزيتهاي پليمري است. به اين ترتيب كه با افزودن مقادير اندكي از اين مواد به ماتريس پليمري و دستيابي به پخش مناسب، بهبود قابل توجهي در خواص نانوكامپوزيت حاصل ايجاد مي گردد. در اين اختراع براي اولين بار در دنيا به تشكيل پوشش نانوكامپوزيتي دوستدار محيط زيست و زيست سازگار كيتوسان/ گرافن به روش نوين بر روي فولاد زنگ نزن پرداخته شد. پوشش زيست سازگار فوق به روش آبكاري يك مرحله اي از محلول حاوي كيتوسان و نانوذرات اكسيد گرافن تشكيل شد. در واقع در اين فرايند گرافن از احياي اكسيد گرافن بطور همزمان با كيتوسان از محلول پوشش دهي روي فولاد زنگ نزن رسوب پيدا كرد و با استفاده از نمودارهاي ولتامتري چرخه اي در محلول حاوي اكسيد گرافن و كيتوسان مورد مطالعه قرار گرفت. ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و عبوري (TEM) و طيف سنجي رامان براي بررسي پوشش تشكيل شده مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد كه پوشش نانوكامپوزيتي به روش آبكاري يك مرحله اي از محلول حاوي كيتوسان و اكسيد گرافن روي زير لايه فولاد زنگ نزن رسوب داده شده است. همچنين در طيف سنجي رامان دو پيك در مقادير cm-11290 و cm-11580 مشاهده شد كه تاييد كننده حضور نانوذرات بصورت گرافن بود.

در اين اختراع براي اولين‌بار در دنيا به تشكيل پوشش دوستدار محيط زيست، آنتي باكتريال، زيست سازگار و زيست تخريب پذير كيتوسان/ پلي وينيل الكل بعنوان پوشش مقاوم به خوردگي بر روي آلياژ AA8011 پرداخته شد و در ادامه تاثير افزودن PVA بعنوان بازدارنده بر روي مورفولوژي، چسبندگي و رفتار خوردگي و خودترميم شوندگي پوشش مورد مطالعه قرارگرفت. بررسي‌ها نشان داد كه افزودن PVA تا مقدار 5/ درصد وزني سبب كاهش زبري سطح و افزايش يكنواختي پوشش شد و افزايش بيش از اين مقدار پلي وينيل الكل سبب افزايش زبري سطح گرديد. همچنين نتايج چسبندگي نشان داد كه بطور كلي افزودن PVA سبب افزايش چسبندگي پوشش كيتوسان به زير لايه آلياژ آلومينيوم شد. نتايج آناليزهاي پلاريزاسيون ديناميكي و طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي (EIS) نشان داد كه پلي وينيل الكل داراي مكانيزم بازدارندگي آندي مي‌باشد و با جذب بر روي نواحي آندي و مسدود ساختن آنها سبب افزايش مقاومت به خوردگي پوشش مي‌گردد. رفتار خوردگي پوشش كيتوسان 5/0درصد وزنيPVA در زمانهاي طولاني نشان داد كه پوشش تشكيل شده داراي رفتار خود ترميم شوندگي است. در واقع كيتوسان بعنوان منبعي براي نگهداري بازدارنده پلي وينيل الكل عمل مي‌كند. با ايجاد عيب در پوشش و خورده شدن آلومينيوم، يون آلومينيوم وارد محلول شده و در ادامه پلي وينيل الكل از پوشش كيتوسان رها شده و با يون آلومينيوم تشكيل كمپلكس داده و سبب خود ترميم شوندگي پوشش مي‌گردد. كاربردپوشش‌هاي كامپوزيتي زيست سازگار و خود ترميم شونده كيتوسان/پلي وينيل الكل به سبب خاصيت آنتي باكتريال، زيست سازگاري و زيست تخريب پذيري مناسب و همچنين خواص عالي تشكيل فيلم در صنايع مختلف همچون بيوتكنولوژي، داروسازي، بسته‌بندي مواد و همچنين پوشش دوستدار محيط زيست مقاوم به خوردگي مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

در سال‌هاي اخير، تحقيقات بر روي مواد هوشمند به خصوص پليمرهاي حافظه شكلي به دليل كاربرد هاي خاص آنها در صنايع پيشرفته پزشكي، نظامي و... به شدت افزايش يافته است. از سويي ديگر محصولات پايه زيستي به دليل ايجاد راهكارهايي براي توسعه پايدار، كاهش استفاده از منابع فسيلي و همچنين رفع نگراني‌هاي زيست محيطي بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. اما در بسياري از كاربردها متاسفانه پليمرهاي زيستي به دليل پايين بودن برخي خواص مكانيكي توانايي رقابت با گرمانرم‌هاي مصنوعي را ندارند. پليمرهاي داراي حافظه شكلي اين ويژگي رادارند تا در هنگام تغيير شكل با به حافظه سپردن شكل اوليه خود توسط محرك‌هاي بيروني شكل اصلي خود را بازيابي كنند. قابليت تغيير شكل و به حافظه سپردن شكل‌هاي دائمي و موقت آن‌ها را در زمره مواد بسيار هوشمند جهت كاربردهاي پيشرفته نظامي، مهندسي و پزشكي قرار داده است. معمول‌ترين محرك بيروني كه در پليمرهاي داراي حافظه شكلي بكار مي‌رود گرما است به‌نحوي‌كه پليمر به‌گونه‌اي طراحي مي‌شود كه مي‌تواند در دماهاي متفاوت شكل‌هاي متفاوتي داشته باشد. اگرچه پليمرهاي داراي حافظه شكلي در بسياري از جهات نسبت به آلياژها و سراميك‌هاي داراي حافظه شكلي برتري دارند اما پايين بودن استحكام و سفتي اين مواد ازجمله محدوديت‌هاي آن‌هاست. براي رفع اين مشكل تحقيقات بسياري در استفاده از پركننده‌هاي معدني با مدول بالا به‌ويژه پركننده‌هايي با ابعاد نانو انجام گرفته است. امروزه استفاده از نانوذرات كربني در پليمرها اهميت ويژه‌اي پيدا كرده است چرا كه علاوه بر افزايش بسياري از خواص مكانيكي و بلورينگي، سبب ايجاد خواص خاصي همچون هدايت الكتريكي و حرارتي مي‌گردد. از ميان نانوذرات كربني، گرافن به عنوان نازك‌ترين ماده در دنيا قابليت‌هاي كاربردي فراواني داشته و خواص فوق العاده از جمله مساحت سطح و نسبت منظر بالا، استحكام كششي، هدايت الكتريكي- حرارتي بالا، انعطاف پذيري، شفافيت خوب و ضريب انبساط حرارتي پايين مورد توجه قرار گرفته است. چنين خواص ذاتي در گرافن، توجه زيادي براي عملكرد آن بر روي هزاران محصول را به خود جلب كرده است. افزون بر اين، نشان داده شده است كه صفحات گرافني تهيه شده داراي قابليت زيست‌سازگاري نيز هستند كه چنين خاصيت جالب توجهي مي‌تواند كاربردهاي بسيار نويني براي آن ايجاد كند. لذا با توجه به خواص فوق العاده گرافن، اين نانوپركننده جهت افزايش خواص ماتريس پليمري انتخاب شد. موضوع اين اختراع تهيه نانوكامپوزيت‌هاي بر پايه پليمرهاي زيستي/گرافن است كه داراي خاصيت حافظه شكلي با برنامه ريزي چندگانه بوده و قابليت كاربردهاي زيستي را نيز دارا مي‌باشد. به منظور ارتقاء رفتار حافظه شكلي سه‌گانه و اصلاح رفتار بلورينگي از نانوصفحات گرافن استفاده شد. بررسي خواص ترمو- مكانيكي آميزه‌هاي پليمري تهيه شده، رفتار حافظه شكلي سه‌گانه، تأثير نانوذرات بر رفتار حافظه شكلي و بررسي تركيب درصد اجزاء در آميزه بر رفتار حافظه شكلي پرداخته شد. در ابتدا به منظور تهيه آميزه‌ها و نانوكامپوزيت‌هاي حاوي گرافن، نمونه‌ها به روش محلولي تهيه شدند. تيونيل كلرايد به عنوان يك ماده سطح فعال براي اصلاح سطحي نانوصفحات گرافن بكار گرفته شد و در ادامه واكنش‌هاي اكسايش و آسيل‌دار كردن براي اصلاح بر روي نانوصفحات گرافن انجام شد. نتايج بررسي‌هاي FTIR، Raman،، STEM و XRD نشان داد واكنش‌هاي اصلاح منجر به پخش و توزيع بهتر نانوصفحات شده است. نتايج DSC نشان داد نانوصفحات گرافن به عنوان عامل هسته زا عمل كرده و سبب ارتقاي بلورينگي نانوكامپوزيت‌ها شده است. پيك‌هاي حاصل از آزمون XRD نشان داد كه شدت پيك‌ها به دليل ارتقاي بلورينگي در حضور گرافن افزايش يافته است. همچنين ميزان توزيع و پراكنش نانوصفحات گرافن توسط آزمون‌هاي ميكروسكوپي بررسي شد و مشاهده شد كه استفاده از گرافن اصلاح‌شده سبب بهبود پراكنش نانوصفحات در بستر ماتريس پليمري شده است. القاي حافظه شكلي سه‌گانه جهت فعالسازي حرارتي از طريق كشش در دماهاي ذوب فاز PLA و PCL به عنوان دماهاي انتقال توسط دستگاه DMA انجام پذيرفت و رفتار حافظه شكلي سه‌گانه در تمامي آميزه‌ها مشاهده گرديد. نتايج نشان داد كه تثبيت شكل موقت تا 85 درصد و بازگشت‌پذيري شكلي تا 90 درصد در نمونه‌هاي نانوكامپوزيتي شده است. بهترين رفتار حافظه شكلي در تركيب درصد 50/50 مشاهد شد.