کامپوزیت های فلز- بسپار یونی (IPMC) به عنوان حس گر یا عملگر با نام «حس گر- عملگر نرم» یا «ماهیچه مصنوعی» نیز شناخته می شوند. در سال های اخیر در زمینه ساخت، مدل سازی و گسترش کاربردهای این مواد شاهد پیشرفت های شایانی بوده ایم. همچنین اخیرا سیستم های میکروالکترومکانیکی در زمینه عملگرها و حس گرهای هوشمند کاربرد گسترده یی یافته است. در تحقیق حاضر با توجه به روش های ساخت در مقیاس میکرومتری ایده هایی برای طراحی و ساخت میکروگریپر با استفاده از کامپوزیت های فلز- بسپار یونی ارایه خواهد شد. ابزار مورد نظر کاربردهای بالقوه متعددی در سیستم های میکرورباتیکی و به خصوص برای کار در محیط های زیست شناختی خواهد داشت. همچنین اثرات غالب در مقیاس کاری این ابزار بررسی شده و مدل فرایند گیرایش اجسام بر مبنای رفتار الکترومکانیکی گریپر استخراج خواهد شد.

موادی که خاصیت الکترومکانیکی دارند، در صورتی که تحت اعمال ولتاژ قرار گیرند، دچار تغییر شکل می شوند؛ این مواد امروزه کاربردهای متنوعی دارند به همین علت توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در مقاله انجام شده یک غشا از جنس کامپوزیت یونی – پلیمری-فلزی با هسته ی پلیمری از جنس نافیون که یک پلیمر الکترواکتیو می باشد و الکترود از جنس پلاتین که یک فلز نجیب است، ساخته شده و تحت اعمال ولتاژهای ثابت 2، 3/3 و 5 ولت قرار می گیرد. مقادیر جابجایی به صورت تجربی محاسبه شده و در تحلیل المان محدود قرار داده شدند تا مدول یانگ محاسبه شود. هدف این مقاله بدست آوردن مدول یانگ ماده ساخته شده با استفاده از معلومات ولتاژ و جابجایی و جایگذاری در تحلیل المان محدود می باشد. با بررسی های صورت گرفته، مدول یانگ ماده ی مذکور برابر با 109×57/0 پاسکال می باشد که عددی با دقت بالا است و می توان از آن در کاربردهای مختلف مواد کامپوزیت یونی-پلیمری-فلزی استفاده کرد.

در این مقاله تحلیل تجربی و عددی مخزن فلز- کامپوزیت تحت بار دینامیکی بررسی می شود. برای این منظور یک نمونه از مخزن چند تکه استوانه ای جهت اندازه گیری فشار در نظر گرفته شده است جهت اندازه گیری فشار از سنسورهای پیزوالکتریک 1000 بار مدل کیستلر استفاده شده که برای نصب آنها سوراخ هایی بر روی سطح بیرونی پوسته ایجاد شده است. برای تنظیم کردن سطح سنسورها در لایه داخلی استوانه از قطعات تقویتی استفاده شده که پس از نصب و تنظیم سنسورها آزمایش با بار ضربه ای ناشی از احتراق سوخت انجام شده است. نتایج حاصل از آزمایش توسط دیتالاگرهای سنسورها ثبت شده و بصورت نمودارهای فشار بر حسب زمان بدست آمده است. هدف از این پژوهش رسیدن به وزن و مقاومت بهینه مخزن با روش سعی و خطا و با استفاده از تحلیل عددی در برابر بار دینامیکی ناشی از احتراق سوخت می باشد لذا جهت تحلیل عددی یک نمونه از مخزن چند تکه استوانه ای در نرم افزار المان محدود آباکوس مدلسازی شده و مورد تحلیل قرار می گیرد. بار اعمالی به مدل از نتایج استخراج شده در آزمایشهای تجربی بوده که بصورت یک بار فشاری متغیر و دینامیکی با مخزن فلزی و مخزن فلز - کامپوزیت همزمان مورد تحلیل قرار می گیرد نتایج بدست آمده از تحلیل مورد بحث و بررسی قرار گرفته و در نهایت مشخصات هندسی و مادی بخش فلزی و بخش کامپوزیتی مخزن برای حالت بهینه پیشنهاد می گردد.

کامپوزیت های پلیمری فلزی- یونی (IPMC) مواد هوشمندی هستند که ساختارشان شامل دو بخش فلزی و الاستومری است. از نظر کاربردی در دسته پلیمرهای الکترواکتیو قرار می گیرند که گزینه مناسبی برای استفاده به عنوان سنسور و عملگرهای نرم با ولتاژ تحریک اندک هستند. در کاربرد بعنوان عملگر، خمش IPMC علاوه بر ولتاژ تحریک، متأثر از عوامل ذاتی و محیطی است. پیش بینی «اثر پس آرامش» چالشی جدی در بکارگیری عملی IPMC است. اصطلاح اثر پس آرامش برای کاهش تدریجی خمش IPMC و بازگشت آن به طرف کاتد، تحت تحریک با ولتاژ ثابت بکار می رود. در این پژوهش برای اولین بار، اثر پس آرامش در رفتار خمشی IPMC در فضای سه بعدی با نرم افزار Comsol مدل سازی شده است. مقایسه نتایج با داده های آزمایش عملی، حاکی از دقت 93 درصدی مدل سازی در پیش بینی جابجایی است که سایر اطلاعات مهم عملکردی مانند تغییرات غلظت و توزیع تنش در ماده را نیز تأیید می کند. استفاده از این مدل برای پیش بینی رفتار IPMC، در مقایسه با انجام آزمایش های عملی، ازلحاظ وقت و هزینه بسیار مقرون به صرفه خواهد بود.

«کاملد» یک روش نوین برای ایجاد اتصال موثر میان انواع کامپوزیت و فلزات با ایجاد آرایشی از پین ها یا برآمدگی ها بر روی قطعه فلزی و لایه چینی کامپوزیت بر روی این برآمدگی ها به منظور ایجاد یک اتصال چسبی و درعین حال درگیر است. هدف از این مقاله بررسی عددی و تجربی استحکام کششی اتصال ترکیبی فلز و کامپوزیت بانام کاملد و مقایسه استحکام آن بااتصال مرسوم چسبی و همچنین بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت بعد از فرآیند کاملد و مقایسه آن با سختی کامپوزیت در حالت عادی است. تست تجربی با ساخت 21 نمونه از اتصال کاملد و غیر کاملد با هندسه متفاوت پین که تحت بار کششی خالص قرار گرفتند، انجام گرفت. در بررسی عددی، شبیه سازی سه بعدی با مدل سازی رفتار چسب با استفاده از نرم افزار آباکوس انجام شد. بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت نیز شامل کد نویسی روابط تعمیم داده شده برای دو هندسه استوانه ای و مخروطی پین در «متلب» و استخراج نتایج از آن بود.نتایج تست تجربی نشان دهنده استحکام کششی بالاتر اتصال کاملد نسبت به اتصال چسبی و همچنین تطابق مطلوب این نتایج با نتایج شبیه سازی عددی است. نتایج عددی حاصل شده از بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت در حالت کاملد نیز نمایانگر قابلیت بالای فرآیند کاملد در بهبود مشخصات الاستیک چندلایه کامپوزیتی درگیر در یک اتصال با فلز است. درنهایت این بررسی ها نشان از پتانسیل بالای اتصال کاملد در بهبود کیفیت و کارایی اتصال بین انواع فلز و کامپوزیت هاست.

نوار های کامپوزیت فلز پلیمر یونی (آی پی ام سی) عملگرهای بسیار نازکی به شکل یک کامپوزیت ساندویچی با یک پلیمر الکترواکتیو در وسط و دو الکترود فلزی در طرفین آن هستند. در این مقاله، تحلیل چندمقیاسی الکتروشیمی مکانیکیِ پاسخ زمانی عملگری یک نوار کامپوزیت آی پی ام سی انجام می گیرد. ابتدا پاسخ الکتروشیمیایی حرکت اولیه آی پی ام سی ناشی از نیروی الکترواستاتیکی، نیروی ویسکوز حرکتِ توده یونی در حلال زمینه پلیمر و نیروی نفوذ ناشی از پتانسیل غلظت توسط یک مدل هیدرولیکی استخراج می شود. روش های حل در حوزه مکان شامل تحلیل عددی اجزای محدود بر اساس فرمول بندی گلرکین، و در حوزه زمان، شامل روش انتگرال گیری اویلر می باشد. سپس، معادله انتقال حلال نوشته شده، و نرخ کرنش ویژه، و نرخ تغییرات لنگر خمشی عملگر آی پی ام سی بدست می آید. با استخراج میزان آبپوشی در لایه مرزی کاتد و آند، پاسخ جابجایی انتهای تیر تعیین می شود. نتایج حاصل از مدل با مطالعات پیشینِ دردسترس مورد مقایسه و اعتبار سنجی قرار می گیرد. نتایج، تناسب بین پاسخ عملگر آی پی ام سی و تحریک الکتریکی را بطور معقول نشان می دهد، و تایید می کند که مدل ارائه شده پیش بینی پاسخ سریع نوار آی پی ام سی را فراهم می کند.

در این مقاله مطالعه ای پارامتریک بر روی تاثیر ضخامت و لایه چینی لایه های کامپوزیتی در فروریزی جاذب انرژی هیبریدی با مقطع دایره و جنس آلومینیوم پیچیده شده با الیاف شیشه/ اپوکسی به صورت تجربی و عددی بررسی شد. نمونه ها با استفاده از روش تزریق رزین توسط پمپ خلاء ساخته شد و تحت بار شبه استاتیک قرار گرفتند. انرژی ویژه جذب شده به عنوان معیاری برای ارزیابی جاذب های انرژی استفاده گردیده و همچنین نوع و نحوه عملکرد مکانیزم های تخریب موجود در طول فروریزی مورد بررسی کامل قرار گرفته است. در بررسی عددی، جاذب انرژی مورد استفاده توسط چند لایه المان پوسته ی مقید شده در نرم افزار ال اس داینا مدل سازی و اثر آغازگر با کاهش پیوسته طول لایه های پوسته نسبت به یکدیگر در نظر گرفته شد. ترک های بین لایه ای با اتصال قید جداشونده، طبق فرمول بندی نیرو-جدایش مدل گردید و برای از بین بردن اثرات اندازه مش از معیار طول ناحیه چسبندگی بهره برده شده است. اکثر خواص مکانیکی مورد نیاز برای مدلسازی نیز با استفاده از آزمایش های استاندارد اندازه گیری گردید. نتایج تطابق قابل قبولی بین داده های تجربی و مدلسازی عددی نشان می دهند. با افزایش ضخامت، نیروی ماکزیمم، نیروی میانگین و انرژی جذب شده (EA) افزایش یافته است. مود فروریزی لوله آلومینیومی در جاذب انرژی آلومینیومی در مقایسه با جاذب انرژی هیبریدی، از مود آکاردیونی به الماسی تغییر شکل پیدا کرد. همچنین فروریزی الیاف به صورت پیوسته و با تشکیل لایه های خم شونده به بیرون همراه بوده است.

از تجزیه و تحلیل تصاویر حرارتی می توان جهت شناسایی و تشخیص عیوب جدایش در فصل مشترک ورق های چندلایه استفاده نمود. نمونه های ساخته شده برای انجام آزمایش، ورق های دوجنسی آلومینیوم-کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربنی و آلومینیوم-کامپوزیت تقویت شده با الیاف شیشه بودند که در فصل مشترک فلز-کامپوزیتی، جهت ایجاد جدایش بین لایه ای، صفحاتی از جنس کپتون با ابعاد مختلف، جاسازی شدند. الگوی جای گیری عیوب طوری طراحی شد که عیوب در لبه و مرکز ورق به طور همزمان مورد آزمایش قرار گیرند. در این پژوهش اثرات موقعیت و ابعاد عیب جدایش به روش دمانگاری پالسی شناسایی و بررسی شد. در ادامه عوامل تاثیرگذار بر دقت اندازه گیری ابعاد عیوب مورد بررسی قرار گرفتند. در تصاویر حرارتی به دست آمده تقریباً تمامی عیوب به روش دمانگاری پالسی قابل شناسایی بودند و با افزایش اندازه عیب، اختلاف حرارتی عیب با مناطق سالم افزایش پیدا کرد. مشخص شد که عیوب در زمینه فیبرکربنی، تا میانگین یک درجه سانتی گراد اختلاف حرارتی بیشتری نسبت به زمینه فیبر شیشه پیدا می کردند. با این وجود، نتایج به دست آمده نشان دادند که دقت اندازه گیری ابعاد عیوب در زمینه الیاف شیشه ای تا 2 برابر نسبت به زمینه الیاف کربنی بالاتر است.

کامپوزیت های پلیمر یونی- فلزی از جمله مواد هوشمندی هستند که اخیرا در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای یافته اند. این دسته از کامپوزیت ها، کامپوزیت های لایه ای فلزی پلیمری بوده که ساخت آنها از تکنولوژی پیچیده ای برخوردار است. این کامپوزیت ها نسل جدیدی از مواد هوشمند هستند که در محرک ها استفاده می شوند. هدف از تحقیق حاضر ساخت یک کامپوزیت پلیمر یونی- فلزی با استفاده از لایه نشانی و بررسی تاثیر متغیرهای مختلف بر خواص و ساختار آن است. بدین منظور پس از تهیه ورق پلیمر پلی وینیلیدین فلورید متخلخل، پوششی از طلا با ضخامت نانومتری بر روی ورقه نازک آن به روش کندوپاش ایجاد گردید. در ادامه به کمک روش الکتروپلیتینگ با استفاده از محلول پروپیلن کربنات، پیرول و نمک تری فلوئورومتان سولفونیمید لیتیوم، در شرایط کاملا کنترل شده پلی پیرول برروی طلا نشانده شد. میکروسکوپ الکترونی جهت بررسی کیفیت پوشش و آنالیز طیف سنجی مادون قرمز برای برررسی ساختار و شناسایی ترکیبات پلیمر استفاده گردید. پارامترهای موثر بر لایه نشانی پلی پیرول نظیر غلظت محلول و ضخامت پوشش طلا، مورد بررسی واقع شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش ضخامت پوشش طلا، ضخامت پوشش پلی پیرول بیشتر شده و کیفیت سطحی آن بهتر می گردد. همچنین شرایط بهینه الکتروپلیتینگ برای مقدار غلظت محلول الکترولیت 0.1 مولار در دمای کاری -25 درجه سلسیوس بدست آمد.

در پژوهش حاضر جاذب قالب مغناطیسی تهیه شده با روش بسپارش نامیزه ای پیکرینگ به عنوان جاذب گزینش پذیر مقادیر ناچیز نیکل II معرفی شده است. در ابتدا لیگاند کیلیت کننده 2-استیل بنزوفوران تیوسمی کاربازون و نانوذره های مغناطیسی آب گریز هسته-پوسته (Fe3O4@OA) تهیه و سپس بسپارش در حضور نسبت مناسب کمپلکس لیگاند-نیکل (II)، اتیلن گلیکول دی متاکریلات، متاکریلیک اسید، آزوبیس ایزوبوتیرونیتریل، ذره های کیتوسان و نانوذره های مغناطیسی آب گریز به ترتیب به عنوان قالب یونی، شبکه ساز، تکپار، آغازگر و عامل تثبیت کننده و حامل مغناطیسی نامیزه آب-روغن انجام گرفت. شناسایی لیگاند و بسپار در مراحل متفاوت با طیف های فروسرخ تبدیل فوریه، ریزنگار نوری، میکروسکوپ الکترونی پویشی، پراکندگی انرژی پرتو ایکس، مغناطیس سنج نمونه، هم دما جذب-وا جذب نیتروژن، زاویه تماس ایستا آب و نسبت استوکیومتری لیگاند به فلز صورت پذیرفت. با روش طراحی آزمایش چندمتغیره (طرح باکس-بنکن)، شرایط بهینه آزمایش با زمان فراصوت 46 دقیقه، pH برابر با 78/7 و مقدار جاذب 85/78 میلی گرم تعیین شد. داده های هم دما بسپار قالب یونی با مدل هم دما لانگمویر همخوانی دارد که نشان دهنده جذب سطحی نامنظنم نیکل است. گستره دینامیکی خطی، حد تشخیص و انحراف استاندارد نسبی برای اندازه گیری یون های نیکل به ترتیب 01/0 تا mg/l 70، mg/l 004/0 و 21/3 % با طیف شناسی جذب اتمی، گزارش شده است. با بسپار تهیه شده جدید، اندازه گیری مقدار نیکل II در نمونه های ماهی از جمله ماهی قزل آلا، ماهی حلوا، ماهی تیلاپیا و ماهی تون به طور موفقیت آمیزی بررسی شد.