لینک اینستاگرام:https://www.instagram.com/mahsa_jasur?utm_sourc

-مهندسی سرامیک و کاربردهای ان 1-1-کاربردهای پزشکی:

سرامیک­ها، این مواد دست‌ساختة بشر، از ابتدای تاریخ تمدن تا به امروز توانسته‌اند مواد بسیار مفیدی را در اختیار انسان­ها قرار دهند. از سفالینه‌های هزاران سال قبل تا راکتورهای هسته‌ای و اخیراً نیز محافظ سفینه‌های فضایی و غیره.

یکی از کاربردهای مواد سرامیکی که در ارتباط نزدیک با زندگی بشر است، شامل بکارگیری قطعات سرامیکی در بدن انسان است. به این دسته از سرامیک­ها "زیست-سرامیک (Bio-ceramic)" گویند. این دسته از سرامیک­ها اهمیت فراوانی در زندگی روزمره یافته­اند. البته استفاده از مواد مختلف بعنوان "ایمپلانت (implant)" به دورة قبل از میلاد مسیح بر می­گردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پیشرفت و افزایش اطلاعات پزشکی در این مورد کوشش­های جدی انجام گرفت.

اولین مواد مصرفی بعنوان ایمپلانت، ترکیبی از برنج و مس بود که بدلیل خوردگی شدید این مواد در بدن، استفاده آنها با شکست مواجه شده است. از آنجایی که در پزشکی مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترمیم عیوب بدن انسان احساس می‌شد، پلیمریست­ها گسترة وسیعی از این مواد را برای استفاده به جامعه پزشکی معرفی کردند و متالورژها نیز با استفاده از آلیاژهای جدید و متفاوت، قطعات ارتوپدیک بسیاری برای بدن ساختند. اما حتی این مواد نیز بعلت خوردگی شیمیایی در بدن ایجاد عارضه می­کرد؛ حال آنکه بسیاری از ایمپلانت­ها، مانند اتصال مصنوعی در مفاصل ران، بایستی برای همیشه در بدن انسان باقی می‌ماند. از این رو، پژوهشگران برای دستیابی به موادی با مشخصات بهتر به دنیای سرامیک راه پیدا کردند.

هیچ ماده‌ای که در بدن انسان جایگذاری شود کاملاً خنثی نیست. با این وجود، خوردگی سرامیک­ها بدلیل ماهیت ذاتیشان خیلی کمتر از فلزات است. پیشرفت­های وسیع در علم سرامیک منجر به دستیابی به موادی با خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی متفاوت و متنوع شد که می‌توانند خواص خود را برای مدت زمان طولانی در بدن موجود زنده حفظ کنند. بعضی از این مواد عبارتند از: آلومینا، کربن پیرولیتیک و زجاجی، فسفات­های کلسیم و سدیم و غیره.

خصوصیاتی که یک ایمپلانت دایمی سرامیکی باید داشته باشد بطور خلاصه در زیر آمده است:

1- سازگاری بیولوژیکی: عموماً مواد ایمپلانت باید با بافت­های بدن سازگاری داشته باشند و ایجاد حساسیت و مسمومیت نکنند.

2-عدم خوردگی: در بدن موجود زنده خوردگی بیولوژیکی روی ندهد.

3- کارایی در عملکرد: باید بتواند به نحو مطلوب وظیفه‌ای را که در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار می­دهند بخوبی انجام دهد.

4- قابلیت استریلیزه شدن: قابلیت استریل و ضدعفونی شدن را داشته باشد، بدون اینکه تغییری در ترکیب آن ایجاد کند. یا باعث تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی شود.

5-قابلیت دسترسی: قابل دسترس بوده و براحتی تولید شود.

امتیاز سرامیک­ها بعنوان مواد زیستی بدلیل سازگاری آنها با محیط فیزیولوژیکی است و این سازگاری بدلیل وجود یونهایی مشابه با یونهای موجود در آن محیط، مثل کلسیم، پتاسیم، منیزیم و سدیم است.

تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه و روی بدن موجود زنده روی مواد زیر متمرکز شده است: کربن، اکسیدآلومینیم، هیدروکسید آپاتیت، فسفات تری­کلسیم، ترکیبات شیشه‌ای و غیره که جالب‌ توجه‌ترین این مواد عبارتنداز: دریچه‌های قلبی مصنوعی، زانوی ارتوپدیک (استخوان و مفاصل)، موادی که برای ترمیم و بازسازی جای دندان در فک بکار می­روند، موادی که به­وسیله آنها از راه پوست می‌توان با داخل بدن ارتباط پیدا کرد، مفصل ران پروستتیک، پیهای مصنوعی و غیره.

این مواد با توجه به نوع فعالیتشان در محیط به 3 دسته تقسیم می‌شوند:

1- مواد سرامیکی خنثی: مانند آلومینا و کربن

2- مواد سرامیکی با سطح فعال: مانند هیدروکسید آپاتیت و بیوگلاس­ها

3- مواد سرامیکی قابل جذب: مانند فسفات کلسیم 1-2-سرامیکهای مغناطیسی

تاریچة ظهور مغناطیسهای خاک نادر و ورود چین به بازار (گزارش تاریخچه ای)   
    

مواد مغناطیسی، در صنایع مهمی همچون کامپیوتر و خودرو کاربردهای گسترده دارند و بشر روز به روز به دنبال تولید بیشتر و بهتر این مواد است. استفاده از خاک‌های نادر در این زمینه، رویکردی است که در دنیا مورد توجه بسیار قرار گرفته است. مطلب زیر به بررسی نحوة ظهور مغناطیس‌های خاک نادر و توسعة آنها تا ظهور مغناطیس­های NdFeB پرداخته است:

پنج رویداد تاریخی تا ظهور مغناطیس‌های خاک نادر 1- اولین رویداد، کشف خواص آهنربایی گادولینیوم توسط یوربین و همکارانش بود که در سال 1935 به ثبت رسید و برای اولین بار مشخص شد خاک‌های نادر دارای خواص مغناطیسی هستند.

2- در پروژة منهاتان در طول جنگ جهانی دوم، رویداد دوم اتفاق افتاد. آن زمان، روش‌هایی برای جداسازی اورانیوم جهت ساخت بمب اتم لازم بود. این روش‌ها استفادة کم‌خطر و شیمیایی از اورانیم را توسعه داد. این موضوع برای خاک‌های نادر نیز اتفاق افتاد و این تکنولوژی توانایی بالایی را اولین بار برای جداسازی خاک‌های نادر فراهم کرد.

3- گزارشی که در سال 1960 توسط هابارد و همکارانش منتشر شد رویداد سوم را رقم­زد. این گزارش به وجود خواص آنتی‌فرومغناطیس در GdCo5 که با ترکیب کردن Gd و Co به‌وجود آمده بود، اشاره داشت. این موضوع امیدهایی را در مورد وجود خاصیت مغناطیسی در ترکیبات RCo5 (R عنصر خاک نادر) بوجود آورد. البته بعدها هابارد و همکارانش عضویت GdCo5 را در خانوادة RCo5 رد کردند.

4- هنوز سال 1966 نشده بود که هوفر و استرنت در مورد خواص مغناطیسی YCo5 (Y یکی از عناصر خاک نادر) گزارشی را منتشر کردند. این اتفاق سرآغازی برای تحقیق در مورد خواص مغناطیسی RCo5 بود و بدین وسیله محققین دریافتند این موضوع زمینه مناسبی برای تحقیق است.

5- سرانجام ساماریم (Sm) بعنوان خاک نادر ایده‌آل برای استفاده در ترکیبات RCo5 کشف شد. شرکت‌ها و مراکز تحقیقاتی چون جنرال الکتریک، جنرال موتورز، ریتون و دانشگاه‌های دیتون و پترسبورگ در امریکا بر روی این ماده کار می‌کردند. در همان زمان‌که SmCo5 با خواص مغناطیسی عالی، آرام‌آرام در حال تجاری شدن بود، ترکیب PtCo نیز ظهور کرد و حتی در ساعت­ها نیز بکارگرفته شد، اما بسرعت با تجاری شدن SmCo5 از رده خارج گردید. این اتفاق زمانی به وقوع پیوست که SmCo5 در ارزان‌ترین سطح قیمت و بالاترین حد کورسیویتة قرار داشت.

پیشرفت‌های پس از ظهور SmCo5 و بروز مشکلات

SmCo5 اولین تجربه در بکارگیری خاک­های نادر در ساخت آهنرباهای تجاری بود. بعد از دهة 1970 این مغناطیس‌ها بهبود نسبتاً کمی در خواص یافتند که مغناطیس‌های (17-2) Sm2(FeCuCoZr)17 حاصل این بهبود بود. این آلیاژ از هر دو جهت ترکیب و فرآیند ساخت پیچیده بود. اما خواص بهتر و مطلوب‌تری نسبت به SmCo5 داشت.

علاوه بر امریکا و اروپا که فعالیت‌هایی در مورد این مواد داشتند حجم زیادی از تحقیقات در ژاپن صورت می‌گرفت که در این زمینه شرکت‌های TDK و شینتسو فعالیت بیشتری داشتند. بعد از دهة 1980 تحقیقات بر روی آهنرباهای دائم فریتی در امریکا کاهش یافت و جایگزینی‌هایی در این زمینه صورت گرفت که از جملة آن بکارگیری مغناطیس (17-2) در هدفون و موتورچرخان واکمن سونی بود.

به علت نیاز به قیمت‌های کمتر از SmCo5، وجود نیازهای مغناطیسی فراتر از قابلیت‌های SmCo5 و نیاز به طراحی جدید برای هر کاربرد خاص، تولید یک مادة جدید که این مشکلات را نداشته باشد، ضروری بنظر می­رسید.

علاوه بر محدودیت‌های که در بالا مطرح شد. کبالت مورد استفاده در این ماده نیز مشکلاتی را برای این مغناطیس بوجود آورد. کبالت حدود 66 درصد در SmCo5 و 50 درصد در مغناطیس‌های (17-2) کاربرد داشت. در دهه‌های 1970 و 1980 چندین بار تولید کبالت قطع شد که علت آن ناآرامی سیاسی در زئیر، بزرگترین منبع تولید کبالت در غرب بود. با توجه به این مسائل، بعید به نظر می‌رسد که SmCo5 بتواند در سطح وسیعی از کاربردها مثل اتومبیل به کار گرفته ‌شود. اگر چه بحث­هایی در مورد افزایش ساماریم در این ترکیبات وجود داشت ولی این مسأله نیز هرگز تحقق نیافت.