بتن سبك هوادار اتوكلاوشده محصولي است با مشخصات فني فوق العاده جذاب كه به دليل برتري هاي قابل توجه نسبت به ساير مصالح ساختماني سخت، بكارگيري آن به صورت گسترده اي در دنيا در حال رشد مي باشد. اين ماده ساختماني داراي وزن مخصوص بين 400 تا 1200 كيلوگرم بر متر مكعب و استحكام بين 25 تا 35 مگاپاسكال مي باشد. در اين اختراع براي اولين بار اثر يك ماده نانومتري با استحكام بالا تحت عنوان گرافن (اكسيد گرافن و اكسيد گرافن احيا شده) در بتن AAC مورد ارزيابي قرار گرفته است. در اثر افزودن GO (graphene oxide) و تبديل آن به اكسيد گرافن احيا شده RGO (reduced graphene oxide) ، افزايش استحكام تا 88% افزايش يافته است. در بتن شاهد، رشد بتن نرمال و در حالت اصلاح شده افزايش بسيار مطلوب استحكام با كاهش (اندك) رشد بتن همراه است؛ كه به خواص آبدوستي اكسيد گرافن نسبت داده مي شود. نسبت افزايش استحكام به وزن مخصوص كه پارامتري بسيار با اهميت مي باشد در بتن بهينه به 48% افزايش يافته است. در اين اختراع از تصوير برداري FE-SEM و تست استحكام فشاري و اندازه گيري دانسيته براي بررسي خواص استفاده شده است.

در اين پژوهش سوسپانسيون اكسيد گرافن در حمام رقيق شده وات جهت توليد كامپوزيت نانوصفحات گرافن-نيكل استفاده شده است. از نرم افزار طراحي آزمايش جهت برآورد بهترين پوشش استفاده شد. براي 20 حالت پيشنهادي توسط نرم افزار و در نظر گرفتن متغيرهاي دانسيته جريان، چرخه كاري و زمان رسوب دهي اثر خواص پوشش از نقطه نظر مقاومت به خوردگي (پلاريزاسيون خطي) ، ميزان احيا رخ داده (امپدانس الكتروشيميايي) و سطح ويژه ايجاد شده با استفاده از منحني ولتامتري سيكلي استفاده شد. شرايط بهينه در دانسيته جريان 10 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع، زمان 490 ثانيه و چرخه كاري 81% ارزيابي شد. خواص پوشش توسط آزمون هاي XRD جهت بررسي تبديل اكسيد گرافن به گرافن از 10 درجه به 5/24 درجه، تغيير اورتون D از 1350 به 1298 در طيف سنجي رامان و حذف گروه هاي عاملي اپوكسي و كربوكسيل در آزمون FTIR مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج حاكي از افزايش مقاومت به خوردگي، بازيابي لايه اكسيد گرافن و كاهش اورپتانسيل در آزاد سازي گاز هيدروژن جهت استفاده در الكترولايزرهاي قليايي دارد. جريان خوردگي در پوشش بهينه از13/6 ميكروآمپر بر سانتي متر مربع در زيرلايه مس به 9/4 نانوآمپر در پوشش كامپوزيتي نيكل-گرافن كاهش يافته است. افزايش مقاومت پلاريزاسيون خطي 174 برابري از دستاوردهاي اين پژوهش بشمار مي¬آيد. روابط موجود بين پارامترهاي ورودي و خروجي در انتها توسط نرم افزار Design Expert 7 شبيه سازي گرديد.

هدف از انجام اين پژوهش استفاده از تركيبات گرافن و اكسيد آن در جهت بهبود خواص الكتروكاتاليستي و طول عمر اين پوشش هاي MMO ( TiO2-RuO2) مي باشد. بدين منظور، ابتدا اكسيد گرافن به روش هامر اصلاح شده و اكسيد گرافن احيا شده به روش احياي شيميايي، سنتز گرديد. لايه نشاني پوشش اكسيد فلزي مخلوط در غلظت هاي بهينه شده سل پايه آبي اكسيد روتنيوم(mol%30)/ اكسيد تيتانيم(mol%70) گزارش شده توسط ديگر محققين، انجام پذيرفت. سپس فرآيند پوشش دهي به روش غوطه وري در هشت لايه انجام شد. آزمون هاي XRD و FTIR تشكيل فازهاي TiO2، RuO2، اكسيد گرافن و اكسيد گرافن احيا شده در پوشش ها و ساختار كريستالي آن ها را تاييد كرد. آزمون هاي ولتامتري سيكلي بر روي آندهاي حاوي اكسيد گرافن و اكسيد گرافن احيا شده نشان داد كه بار ولتامتري از (mC/cm2) 5/8 براي پوشش متشكل از نانوذرات TiO2 و RuO2 به (mC/cm2) 20/3 و 9/ 16به ترتيب براي پوشش هاي حاصل از سل حاوي mg/ml 1 اكسيد گرافن و حاوي mg/ml 1 اكسيد گرافن احيا شده، افزايش يافته است. همچنين با استفاده از شيب منطقه ترانس پسيو منحني هاي پلاريزاسيون به دست آمده از آندها در محلول هاي NaCl و H2SO4 مشاهده شد كه افزودن تركيبات گرافني به آندهاي شامل TiO2 و RuO2 ميزان اختلاف شيب ترانس پسيو را نسبت به پوشش فاقد تركيبات گرافني از (mV/dec) 206/9 به 251/1 و (mV/dec)213/2 به ترتيب براي پوشش هاي حاصل از سل حاوي mg/ml 1 اكسيد گرافن و حاوي mg/ml 1 اكسيد گرافن احيا شده افزايش داده است و در نتيجه اختلاف پتانسيل لازم براي تصاعد اين دو گاز افزايش يافته است. بنابراين، اين پوشش ها نه تنها سبب بهبود هدايت الكتريكي و خواص الكتروكاتاليستي پوشش مي گردد، بلكه احتمال اكسيداسيون الكترود توسط اكسيژن فعال را كاهش داده و سبب بهبود پايداري الكتروشيميايي الكترودها شده است. همچنين بر اساس طيف سنجي امپدانس الكتروشيميايي اين پوشش ها، مقاومت پلاريزاسيون پوشش الكترود متشكل از نانوذرات TiO2 و RuO2 از 102/41 kΩ به70/46 براي پوشش حاصل از سل حاوي mg/ml 1 اكسيد گرافن كاهش يافته است.

تيتانيوم و آلياژهاي تيتانيوم داراي نسبت استحكام به وزن بالا و مقاومت به خوردگي قابل قبولي هستند، اما مقاومت ضعيفي نسبت به سايش از خود نشان مي دهند. به منظور بهبود مقاومت سايشي آلياژهاي تيتانيوم، از تركيبات كاربيدي اكسيد گرافن احيا شده RGO، كاربيد تيتانيوم TiC و TiB2 استفاده شده است؛ كه در قالب نانوكامپوزيت و حين فرآيند EDC توليد مي شوند. در اين خصوص از اكسيد گرافن احيا شده به عنوان يك تقويت كننده خواص مكانيكي و كاهش دهنده شديد ضريب اصطكاك جنبشي و بهبود مقاومت به خوردگي استفاده شده است. لازم به ذكر است كه پودرهاي اوليه توليد شده در عمليات حرارتي اوليه زينتر شده و به شكل الكترود كاري در فرآيند EDC استفاده شده اند. مخلوط پودرهاي اوليه Ti+B4C+RGO مي باشد كه در حين فرآيند تخليه الكتريكي RGO بدون تغيير و دو ماده ديگر به كاربيدهاي آن در محيط پركربن (نفتي) EDC تبديل مي شوند، كه كنترل فرآيندها جهت توليد موفق اين كاربيد خود از پيچيدگي ها و نقاط برجسته توليد اين پوشش كاربيدي سراميكي (گرافن) محسوب مي شود. لذا، در اين اختراع پوشش نانوكامپوزيتي RGO/TiC/TiB2 بر روي زيرلايه Ti-6%Al-4%V با استفاده از روش تخليه الكتريكي EDC و با استفاده از پيش ماده هاي قرصي شكل Ti، B4C و RGO در دي الكتريك نفت سفيد، براي اولين بار توليد شده است. در اثر افزودن نسبت وزني (1%،3%،20%،و50%) RGO به Ti، B4C سختي 3 برابر نسبت به زير لايه افزايش يافته است؛ علاوه براين، دانسيته جريان خوردگي از 42 به 12 ميكروآمپر بر سانتي متر مربع و در آزمون سايش ميزان كاهش ضريب اصطكاك (سايش) از مقدار 4/0 براي زيرلايه به حدود 2/0 در پوشش بهينه (محتوي 1% وزني گرافن) كاهش يافته است. در اين اختراع جهت تحليل و تاييد ادعاي مطرح شده، از آزمون هاي پراش اشعه‌ي ايكس XRD ، تصوير برداري FE-SEM ، آزمون سايش، خوردگي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك و سختي سنجي استفاده شده است. اين پوشش، نويد دهنده نسل جديدي از ايمپلنت هاي دنداني و اورتوپدي و ديگر كاربردهاي استراتژيك خواهد بود.

گرافن آلوتروپي دو بعدي اتم¬هاي كربن، با ساختاري لانه زنبوري و ضخامت 0/142 نانومتر (قطر يك اتم كربن) به عنوان نازك¬ترين ماده دو بعدي پايدار در طبيعت شناخته شده است. گرافن را مي¬توان به روش¬هاي متفاوتي توليد نمود كه از جمله ساده¬ترين و تكرار¬پذير¬ترين اين فرآيندها مي¬توان به روش شيميايي اشاره نمود. طي اين فرآيند عيوب زيادي در شبكه گرافن ايجاد شده كه منجر به كاهش كيفيت گرافن توليدي و كاهش خواص ذكر شده مي¬گردد. در اين پژوهش اكسيد-گرافن توليد شده به روش شيميايي توسط روش الكتروشميايي احيا مي گردد. جهت حذف كنترل شده گروه¬هاي عاملي اپوكسي، هيدروكسيل و كربوكسيل در اين ساختار (كه هدايت گرافن را كاهش مي دهند) روش احياي پالس الكتروشيميايي اكسيد گرافن به عنوان روشي ساده، سريع، تكرار پذير، مقرون¬به¬صرفه و دقيق مطرح گرديده است. براي نخستين بار با استفاده از روش پالس معكوس مراحل جذب و احيا اكسيد گرافن بر روي سطح زيرلايه¬ي مس مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به اينكه متغيرهاي زيادي در فرآيند نشست و احيا اكسيد گرافن ايفاي نقش مي نمايند با استفاده از نرم افزار Design Expert انتخاب محدوده ي جريان، زمان و ديگر پارامترها، تعداد آزمون¬هاي مورد نياز طراحي شد و نتايج تحليل گرديد. انتخاب پوشش بهينه در هر مرحله با انجام آزمون هاي الكتروشيميايي بررسي مقاومت پلاريزاسيون خطي، تعيين مقاومت پوشش و بررسي سطح ويژه با استفاده از منحني هاي ولتامتري سيكلي انجام پذيرفت. پوشش هاي منتخب توسط آزمون هاي FTIR جهت بررسي ميزان كاهش و يا حذف گروه ¬هاي عاملي در زير cm-12800، تفرق اشعه X در بررسي فاصله بين صفحات و فازهاي تشكيل شده در زواياي 24 و 10 درجه، آزمون طيف سنجي رامان به منظور بررسي ميزان احيا رخ داده و بررسي تغييرات شدت و موقعيت اورتون هاي D وG در موقعيت¬هاي 1344 و cm-11520 در ساختار كربني انجام پذيرفت. پوشش هاي منتخب در آزاد سازي يون هيدروژن جهت استفاه در الكترولايزرهاي پيل هاي سوختي هيدروژني قليايي مورد ارزيابي قرار گرفت در نهايت ريزساختار لايه هاي ايجاد شده توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني بررسي شد. پوشش هاي شماره 14 و 8 به عنوان پوشش هاي بهينه انتخاب شدند. زمان رسوب دهي 225 ثانيه در دانسيته جريان 237 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع و در زمان هاي پالس هاي 7/5 ميلي ثانيه به عنوان بهترين مقاومت به خوردگي و پوشش شماره 14 با زمان 475 ثانيه در دانسيته جريان 237 و زمان هاي پالس آندي به كاتدي 7/75 به 3/25 باعث افزايش سطح و توليد گرافن 3 بعدي شده است. افزايش مقاومت به خوردگي 52 برابري پوشش ضمن ارتقاء آزاد سازي گاز هيدروژن از مهمترين دستاوردهاي اين پژوهش به شمار مي آيد.

توليد پوشش مقاوم در برابر خوردگي از نانوصفحات گرافن-نيكل-مس-روي با استفاده از روش پالس الكتروشيميايي در اين پژوهش مورد بررسي قرار گرفته است. لذا در اين اختراع ابتدا اكسيد گرافن به روش اصلاح شده هامرز تهيه شد. با استفاده از حمام وات رقيق شده يون¬هاي مس و روي از پايه سولفات اضافه شد. با استفاده از روش پالس الكتروشيميايي نانوصفحات اكسيد گرافن-نيكل-مس-روي به صورت همزمان بر روي زير لايه مس لايه نشاني و احيا گرديد. با استفاده از نرم افزار Design Expert 7 تعداد حالت هاي ممكن جهت بهينه سازي جريان، زمان پالس الكتروشيميايي و زمان احيا مورد ارزيابي قرار گرفتند و بين 20 حالت پيشنهادي توسط نرم افزار پوشش شماره 9 با كمترين ميزان جريان خوردگي معادل 10 نانوآمپر بر سانتي متر مربع در مدت زمان 330 ثانيه، دانسيته جريان 5 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع و چرخه كاري 55% انتخاب گرديد. حذف شدن گروه هاي عاملي اپوكسي و كربوكسيل، تشكيل فازهاي كريستالي گرافني و مانيتور كردن ميزان شدت احيا توسط طيف سنجي رامان مورد بررسي قرار گرفت. كاهش جريان خوردگي مس از 3/16 ميكروآمپر بر سانتي متر مربع به 10 نانوآمپر بر سانتي متر مربع در پوشش كامپوزيتي گرافن-نيكل-مس-روي از دستاوردهاي اين پژوهش به شمار مي آيد. افزايش جريان آزاد شدن گاز هيدروژن به ميزان 12 ميلي آمپر بر سانتي متر مربع در پتانسيل اضافي 2/0- ولت و افزايش سطح ويژه در اثر حضور نانوصفحات در كنار نانوذرات فلزات انتقالي از نتايج اين پژوهش مي باشد. مقاومت لايه گرافني به چند اهم كاهش يافته و مقاومت پلاريزاسيون پوشش افزايش يافته است. رابطه بين ورودي ها و خروجي ها توسط نرم افزار DOE شبيه سازي شده و معادلات حاكم استخراج شدند. به كمك اين نرم افزار مي توان شرايط احتمالي مورد نظر را پيش بيني نمود.

در اين اختراع خمير نانو كامپوزيت گرافني جهت بهبود خواص مكانيكي جوش طراحي و ساخته شده است. اين محصول از تركيب اكسيد گرافن و اكسيد گرافن احيا شده (توليد شده با روش هامر اصلاح شده و احيا شده در اتوكلاو به روش هيدروترمال در دماي 180 درجه سانتي گراد، زمان 8 ساعت و فشار 12 بار) با غلظت mg/ml 10 در آب دوبار تقطير و سپس اضافه شدن برگ كتيراي خرد شده، دانه بندي شده و سپس فريزداري شده جهت واكنش پذيري بالا توليد شده است. در دماي 95 تا 85 درجه سانتي گراد بهترين واكنش پذيري نانوصفحات با كتيرا رخ مي دهد و سپس با سرد كردن محصول تا دماي محيط همراه امواج مافوق صوت (جهت توزيع مطلوب نانوماده در بستر در حال ژل شدن و جلوگيري از آگلومره شدن) فرآيند ژل شدن تكميل مي شود. در مرحله پاياني خمير با غلظت هاي 1و3 و 10 ميلي گرم بر ميلي ليتر بر روي آلياژ فولاد كم كربن مورد ارزيابي قرار گرفته است و نتايج حاكي از رفتار بسيار مطلوب 10 ميلي گرم بر ميلي ليتر اكسيد گرافن احيا شده در تمامي حالات آزمايش شده دارد. در تست هاي مكانيكي گرفته شده از جوش ها يك افزايش بسيار زيادي را در استحكام كششي در حدود 25% و سختي تا 5 برابر مشاهده شد. همچنين توزيع نانو صفحات اكسيد گرافن احيا شده در زمينه فلزجوش به كمك ميكروسكوپ الكتروني مورد ارزيابي قرار گرفت كه هيچ گونه آلگومره شدني از نانو صفحات اكسيد گرافن احيا شده مشاهده نگرديد.

هدف از اين اختراع پوشش دهي نانوصفحات اكسيد گرافن بر روي سيم (آرچ واير) و براكت مقاوم در برابر خوردگي (فولاد زنگ نزن 304) جهت بهبود مقاومت به خوردگي، اصطكاك و ارزيابي مقاومت به سايش آن ها مي باشد. در اين اختراع، ابتدا اكسيد گرافن به روش اصلاح شده هامر توليد شد. سپس با استفاده از سوسپانسيون mg/ml1 لايه نشاني اكسيد گرافن با متغيرهاي ورودي دانسيته جريان آندي و كاتدي و تعداد سيكل ها توسط روش پالس الكتروشيميايي معكوس انجام شد. از روش RSM يا سطح پاسخ براي بهينه سازي مقاومت به خوردگي و سپس بررسي خواص سايشي لايه بهينه شده استفاده شد. با استفاده از روش تست كشش، پلاريزاسيون پتانسيودايناميك به ترتيب نيروهاي اصطكاكي، ريزساختار و مقاومت به خوردگي مطالعه شد. نتايج نشان مي دهد پوشش نانوصفحات اكسيد گرافن بر روي آرچ واير، منجر به افزايش 5 برابري مقاومت به خوردگي، تغيير نامحسوس نيروي اصطكاك ايستايي و كاهش بيش از 40% نيروي اصطكاك جنبشي بين آرچ واير و براكت پوشش دهي شده (كاهش از 110 گرم به 65 گرم) در محيط بزاق مصنوعي شده است. علاوه بر اين، سايش در مسافت هاي طي شده پايين (كمتر از 200 متر)، كاهش يافت. تصاوير ميكروسكوپي ايجاد پوششي خالص، نازك و مقاوم با ضريب اصطكاك پايين را تاييد مي كند.

داربست استخواني زيركونيا خواص زيستي و مكانيكي قابل قبولي از خود نشان داده است. اما اين خواص زيستي و مكانيكي براي پوشش نيازهاي بافت استخوان كافي نيست. از اين رو به منظور افزايش خواص زيستي آن نظير نرخ تخريب پذيري و تحريك داربست به استخوان از سازي هيدروكسي آپاتيت(HA) و نيز براي ارتقا خواص مكانيكي آن از گرافن اكسايد(GO) در كنار زيركونيا(ZrO2) استفاده شده است. براي اين منظور ابتدا پودر نانو كامپوزيتي ZrO2/G با روش خردايش مكانيكي با آسياب دوراني ساچمه اي ساخته و سپس با استفاده از يك پرينتر سه بعدي، شبكه اي متخلخل از پودركامپوزيتي پرينت شد. در ادامه پس از انجام عمليات حرارتي جهت تف جوشي ، داربست ها به مدت 28 روز در محلول شبيه ساز بدن (SBF) قرار گرفتند. مقاوت فشاري داربست توليد شده نشان از افزايش 11 برابري نسبت به داربست زيركونيا، 7 برابري نسبت به زيركونيا/هيدروكسي آپاتيت و 2 برابري نسبت زيركونيا/گرافن دارد. علاوه بر اين قادر به حمايت بسيار عالي از رشد سلولي و عدم واكنش منفي با سلول ها نيز هست. در اين اختراع جهت تحليل و تاييد ادعا هاي مطرح شده از آزمون هاي پراش اشعه ايكس XRD، طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز FTIR، تصوير برداري FE-SEM، تست فشار تك محوره و نيز آزمون سميت سلولي MTT انجام شده است.