english FANG HUO
Rezumat
Ankle injuries in martial arts arise from high-intensity impacts and complex torsional loads. To overcome the trade-off between biocompatibility and mechanical strength in conventional repair materials, we designed a nanostructured hydroxyapatite (HA)/polylactic acid (PLA) composite scaffold. Nano-HA particles were synthesized via controlled solid-state milling (average diameter ~80 nm) and uniformly dispersed in a PLA matrix, then fabricated by 3D printing. We employed BET surface area analysis, scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM) to characterize pore size distribution and HA–PLA interfacial structure. In vitro tests showed that at 15 wt% HA loading, mesenchymal stem cell proliferation increased by 25% at 42 h, Runx2 expression was upregulated by 30% at day 15, and compressive strength reached 6.0 MPa—significantly higher than controls. Finite element modeling revealed that the nanoscale porous architecture effectively redistributes stress and mitigates concentration. These results demonstrate a clear design–microstructure–performance relationship for nanostructured bone repair scaffolds, offering new insights for high-performance materials in sports injury treatment.
Cuvinte cheie
Ankle Injury, Biomechanical Mechanism, Tissue Engineering, Bone Repair Materials, Sports Injury Repair, Biocompatibility, Mechanical Properties
WEI ZHENG
Rezumat
This work presents an optoelectronic study of cobalt-doped nano-TiO2 camouflage films prepared via a non-hydrolytic sol–gel route and examines their suitability for device integration. Photoluminescence (PL) and UV–Vis absorption measurements show that the films possess a tunable bandgap (3.12–3.24 eV) and exhibit a rapid photoconductive response under visible illumination, with a rise time of about 15 ms and a decay time of roughly 25 ms. SEM observations indicate a highly uniform film morphology, and UV aging tests verify that the coatings retain their structural and optical stability in ambient conditions. When these materials are incorporated into prototype thin-film photodetectors, the devices achieve an on/off photocurrent ratio exceeding 10³ and a responsivity of 0.15 A/W at 450 nm, pointing to their practical promise for adaptive optical filters and smart window coatings. In addition, assessment of visual performance shows that nanoscale optical camouflage layers deliver an average increase of 0.91 points in visual impact over conventional materials, underscoring the capacity of nanoscale optical and electronic architectures to reshape graphic design by enabling more dynamic and aesthetically compelling visual experiences.
Cuvinte cheie
Nanoscale Optical Camouflage Materials, Electronic and Optoelectronic Properties, Nano Titanium Dioxide, Graphic Design Enhancement, Sol-Gel Process
CHUFENG TAO
Rezumat
A novel nanoscale optoelectronic imaging platform is presented that leverages quantum-dot–sensitized sensors together with a hybrid clustering strategy to realize ultra-high-speed acquisition and analysis of rapid nanoscale phenomena. By embedding CdSe/ZnS quantum dots into a plasmonic imaging circuit and feeding the sensor output into a modified k-means routine steered by an artificial fish swarm algorithm (AFSA), data redundancy is suppressed and representative keyframes are extracted in real time. Experiments tracking plasmonic nanoparticle motion under pulsed excitation show a 9.96 % rise in clustering accuracy and a 7.44 % increase in recall relative to standard k-means, accompanied by a 0.086 improvement in the silhouette coefficient. Collectively, these results demonstrate concurrent gains in spatial resolution (down to 50 nm) and temporal resolution (sub-microsecond). Demonstrations in in-situ nanomanufacturing quality monitoring and single-molecule bioimaging further illustrate the platform’s applicability across nanoelectronics and optoelectronic systems.
Cuvinte cheie
Nanoscale Optoelectronics, Ultra-High-Speed Optical Imaging, Nanomaterials in Imaging Technology, Image Processing Algorithms, High-Speed Phenomena Analysis
MARIA ELIZA PUSCASU, CRISTINA BUSUIOC
Rezumat
În ultimii ani, osul a devenit al doilea cel mai transplantat țesut la nivel global ca urmare a numărului crescut de accidente, patologii și a duratei de viață prelungite. În prezent, există limitări semnificative în ceea ce privește materialele disponibile pentru transplantul de țesut osos și există o cerere mare pentru cercetarea substituenților adecvați. Plecând de la compoziția osoasă și arhitectura complexă, se poate obține un material de grefare cu potențial ridicat în ingineria țesutului osos. Bioceramicile din sistemul CaO‒MgO‒SiO2 (de exemplu, diopsid, akermanit și merwinit) au o bioactivitate excelentă și sunt similare cu hidroxiapatita din punct de vedere biologic, având o rezistență mecanică îmbunătățită. Având în vedere arhitectura internă complexă a osului, una dintre cele mai potrivite metode de fabricare în ingineria țesutului osos este imprimarea 3D, deoarece această tehnică facilitează fabricarea unor structuri interne complexe, cu un control ridicat asupra parametrilor de umplere. În această lucrare, au fost obținute pulberi pe bază de diopsid, akermanit și merwinit utilizând atât metoda sol-gel, cât și metoda combustiei. Toate pulberile obținute au fost caracterizate folosind difracția de raze X, în timp ce pulberile de diopsid și merwinite au fost caracterizate din punct de vedere morfologic prin microscopie electronică cu scanare. Ulterior, pulberile obținute au fost amestecate cu un aditiv organic pentru a obține o pastă imprimabilă cu caracteristici adecvate pentru procesul de robocasting. Apoi a fost realizată o comparație între impactul metodei de sinteză asupra formulării pastei. Scaffoldurile 3D obținute au fost evaluate din punct de vedere morfologic folosind microscopia electronică cu scanare. Rezultatele au sugerat că metoda de sinteză joacă un rol important în formularea pastei pentru procesul de imprimare 3D și că scaffoldurile pe bază de diopsid, akermanit și merwinit pot fi obținute cu succes prin metoda robocasting.
Cuvinte cheie
Silicați de Calciu si Magneziu, Sol-Gel; Combustie, Robocasting, Ingineria Tesutului Osos
-
Anul
2025
-
Numărul
55 (4)
-
Paginile
337-346
-
Domenii de interes
BIOMATERIALE ȘI BIONANOMATERIALE; SUBSTANȚE, PROCEDURI ȘI DISPOZITIVE PENTRU MEDICINĂ
ELENA CHIȚANU, MIRELA MARIA CODESCU, VIRGIL MARINESCU, ISTVAN BORBÁTH
Rezumat
Nanomaterialele au atras o atenție considerabilă datorită metodelor lor adaptabile de sinteză și gamei largi de aplicații funcționale. Printre acestea, nanoparticulele de SiO2 au atras o atenție semnificativă datorită proprietăților lor fizico-chimice controlabile, care pot fi proiectate cu precizie pentru aplicații biomedicale specifice. De la introducerea sa în 1968, metoda Stöber - în ciuda faptului că a suferit doar mici modificări - a rămas cea mai utilizată abordare pentru sinteza SiO2 la scară nanometrică. Datorită morfologiei și dimensiunii particulelor lor, nanoparticulele de SiO₂ sunt deosebit de potrivite pentru utilizarea în tehnici avansate de fabricație, cum ar fi imprimarea tridimensională (3D), în special în aplicațiile de inginerie biomedicală, inclusiv regenerarea țesutului osos. În astfel de situații, nanoparticulele de SiO₂ sunt de obicei dispersate în suspensii, unde cunoașterea sarcinii lor de suprafață este esențială, deoarece joacă un rol critic în mecanismele ce guvernează agregarea și stabilitatea coloidală. Cu toate acestea, tehnicile de măsurare existente nu permit cuantificarea directă și precisă a sarcinii de suprafață; în consecință, acest parametru este adesea estimat indirect, prin determinarea potențialului zeta. Acest studiu prezintă influența concentrației de tetraetilortosilicat (TEOS) asupra stabilității suspensiilor de SiO2. Nanoparticulele de SiO2 au fost preparate prin tehnica clasică Stöber, cu geometrie sferică uniformă și dimensiuni medii variind în intervalul 152 nm până la 681 nm, datorită creșterii concentrației de TEOS. Pentru a determina potențialul zeta, suspensii conținând 0,05 % masice SiO2 au fost preparate în soluții cu valori ale pH-ului cuprinse între 1 și 12. În condiții alcaline (pH 12), cele mai mici nanoparticule de SiO2 au prezentat valori ale potențialului zeta de până la -58,4 mV, indicând faptul că suspensiile analizate au fost stabile în acest mediu.
Cuvinte cheie
printare 3D a silicei, procedeul Stöber, stabilitatea suspensiilor, potențial zeta
STARLIN DEVA PRINCE JOHN SAHAYAM, ARUL FRANCO PANIMAYAM, NAVANEETHA KRISHNAN MUTHU NADAR, MICHAEL RAJ FRANCIS
Rezumat
Making high-performance hybrid composites from discarded fishnets may improve sustainability. Hand-lay-up is used to blend glass fibre and epoxy resin in the study. ASTM standards were followed to quantify tensile, flexural, and impact force. Multiple acid solutions Hydrochloric Acid (HCL), Sulphuric Acid (H2SO4), Acetic Acid (CH3COOH) applied to nylon fishnets destroyed pollutants and strengthened composite assemblies based on Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) analysis results. Treated consequences demonstrated superior material properties because tensile strengths achieved 50.71 MPa and flexural strengths measured 40.5 MPa while possessing strong impact resistance. A distribution of materials across the hybrid composites along with minimal voids and improved durability made these composites suitable for marine applications which include boat hulls and structural components. Water absorption tests proved excellent resistance capabilities because the composites exhibited low levels of moisture absorption thus maintaining stability when immersed in water. This research dual-purpose project tackles marine pollution and promotes a circular economy via sustainable development by integrating recycled materials into sophisticated composite systems. Chemically modified waste polymers in ecologically friendly engineering applications may improve engineering materials and performance.
Cuvinte cheie
Sustainable composites, Recycled nylon fishnets, Glass fiber reinforcement, Epoxy resin matrix, Marine pollution mitigation, Mechanical property enhancement
SAID MOHAMED ELAMIN, BENOUMANE SALLAI, YASSINE KHALFI, ALAMI AHMED, BACHIR BOUIADJRA BACHIR, BENOUIS KHEDIDJA, GUELLA SOUFIANE, BELHIA SOUAD
Rezumat
Utilization of agricultural waste for construction materials is an emerging pathway for sustainable development. This study examines the valorization of the Washingtonia filifera palm fibers, one of the main agricultural by-products in Algeria, as a reinforcing material for concrete. Various concentrations and optimum conditions of sodium hydroxide (NaOH) solutions were used to extract the fibers, and subsequently tensile characterization was carried out. The fiber undergone at 2% NaOH for 96 hours has been found to have a 225.95 MPa tensile strength and a 7.85 GPa Young’s modulus. Concrete mixtures were made with 0.5%, 1%, and 1.75% palm fibers by weight of cement. According to mechanical testing, the incorporation of fibers resulted in a slight loss of early age compressive strength, mainly due to porosity. However, as the curing age progressed, the strength performance gradually recovered. The compressive strength of 1.75% fiber blend at 28 days was a maximum of 26.79 MPa. Similarly, flexural tensile strength was notably increased as it achieved a value of 5.96 MPa which was nearly 22% higher than the control. The results show that palm fibers can be converted to effective and green reinforcements when treated appropriately, offering benefits to both engineering applications and the environment.
Cuvinte cheie
Natural fibers, Fiber-reinforced concrete, Alkali treatment, Cement hydration chemistry, Sustainable construction
MOHAMED CHAKIB KHERRABI, MOHAMMED SI-AHMED, AMAR BENYAHIA, MESSAOUD SAIDANI, SAID KENAI
Rezumat
Carbon dioxide emissions, natural resources consumption, and inert waste production represent significant challenges in the construction industry. The use of recycled aggregates and supplementary cementitious materials in mortar and concrete offer promising solutions to these issues. This study investigates the combined effect of recycled sand from brick waste and calcined clay-based cement on the behavior of self-compacting mortar (SCM). The novelty of this work lies in assessing both the mechanical performance and the carbon footprint of these alternative materials. Natural sand (NS) was substituted with recycled brick sand (BS) at proportions 10, 20, 30, and 40% by volume, while cement was partially replaced with 10 and 15% by mass of calcined clay (CC). A series of laboratory tests were carried out to evaluate workability, compressive strength, shrinkage, and microstructural properties. The results indicate that the combination of CC and BS decreases workability and shrinkage, increases compressive strength by up to 23%, and improves the microstructure of the mixtures. The mixtures based on BS and CC are the most ecological with a reduction in the carbon footprint and with the eco-mechanical index (EMI) reaching 28% compared to the control mortar.
Cuvinte cheie
Recycled brick sand, calcined clay, Self-compacting mortar, Compressive strength, shrinkage, Carbon footprint
CICI JENNIFER RAJ J, KUMAR G, BASKAR S
Rezumat
This experimental study investigates the feasibility and performance characteristics of incorporating treated rubber industrial wastewater as a sustainable alternative to potable water in concrete production. The research systematically evaluates the mechanical properties and microstructural characteristics of M25 grade concrete with and without rubber industrial waste water (RIWW) using Scanning Electron Microscopy. The study is exclusively dealt with the behaviour of RIWW, with and without admixtures. From the study, it is observed that compressive strength of the concrete using RIWW and admixtures is 25% to 30% greater compared to other concrete only with RIWW. Furthermore, higher replacement levels displayed tiny voids and microcracks, suggesting a small slowdown in hydration, while concretewith potable water had a dense and well-hydrated microstructure with consistent C-S-H gel formation, according to SEM images.
Cuvinte cheie
Rubber Industrial Water, Compressive Strength, SEM Analysis, CSH gel
KARTHIKEYAN SAMBANDHAM, BASKAR NEELAKANDAN, GANESAN MANICKAM, RAMKUMAR KATHALINGAM
Rezumat
Friction welding is an efficient and economical process of joining two similar or dissimilar metals among various welding processes. Now-a-days, the automobile and other industries are using dissimilar metals in a same working area to compensate the problems faced due to temperature and working atmosphere to enhance company’s economy. The material AA6351 and EN353 alloy steel have wide applications in aerospace & automobile industries, are joined with different input parameters like Heating Time (HT), Heating Pressure (HP), Upset Time (UT), Upset Pressure (UP) with constant rotation. These input parameters are ordered using L27 Taguchi Orthogonal Array (OA) to experiment the process. Friction welding is done in KUKA friction welding machine. After experimentation, the responses like temperature, hardness and axial shortening are measured. Using these responses, the optimization is carried out through Grey Relational Analysis (GRA) and the rankings are identified and tabulated to obtain the optimal solutions. Based on rankings, the optimal input parameters are concluded as 18 bar of Heating Pressure (HP), 7 sec of Heating Time (HT), 22 bar of Upset Pressure (UP) and 3 sec of Upset Time (UT). The Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) analysis is also used to study the Inter-metallic compounds (IMCs).
Cuvinte cheie
Friction Welding, AA6351, EN353, Grey Relational Analysis, FESEM analysis
GUIZHEN WANG, LINGLONG ZHOU
Rezumat
This study explores the seismic reinforcement of coastal buildings through the innovative application of Shape Memory Alloys (SMAs). SMAs, a novel class of functional materials, exhibit unique properties like shape memory effect, superelasticity, and high damping performance, making them ideal for seismic applications. Recognizing the critical role of structural design in a buildings earthquake resistance, this research introduces an SMA-based damper specifically tailored for coastal structures, considering their unique stress profiles and disaster vulnerability. Through experimental and simulation methods, including MATLABs Simulink module, the study compares the seismic responses of conventional coastal building designs with those incorporating the SMA damper. The results reveal that the SMA dampers bilinear restoring force mechanism significantly enhances vibration suppression, offering a promising solution for seismic reinforcement in building construction. This investigation not only contributes to the understanding of SMA materials but also underscores their potential in structural earthquake resilience, marking a significant intersection of material science, engineering, and seismic technology.
Cuvinte cheie
Shape Memory Alloys (SMAs); Seismic Dampers; Coastal Building Reinforcement; Earthquake Resistant Structures; Superelastic Materials
ANCA MIHAELA MOCANU, ANDREEA IOANA SUSANU
Rezumat
Lucrarea explorează domeniul protezelor dentare fabricate digital, detaliind în mod specific aplicarea metodologiilor CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) în domeniul stomatologiei restaurative. Cercetarea examinează în detaliu secvența de fabricare digitală în protetică dentară, care cuprinde faze critice precum scanarea intraorală/de laborator, modelarea CAD, frezarea automată și tratamentul final al suprafeței. O parte semnificativă a lucrării este dedicată implementării sistemului CEREC în mediul clinic (adică proceduri efectuate în cadrul cabinetului stomatologic). În plus, studiul include o evaluare a echipamentelor specializate și a comportamentului mecanic al trei biomateriale restaurative notabile: Zirconia, IPS E.max Ceram Dentin și Cerasmart. Sistemul CEREC este un sistem computerizat cu ajutorul căruia se pot proiecta și realiza într-o singură ședință lucrări ceramice unidentare și de mică intindere, extrem de precise, estetice și rezistente. Materialele dentare au fost analizate atât în forma lor de dinaintea procesului de ardere, cât şi după această etapă, prin spectroscopie de absorbţie în infraroşu (FITR), morfologia probelor a fost evidențiată prin utilizarea unui microscop electronic de baleiaj de înaltă rezoluție, echipat cu un detector EDX și analiză termică (TG-DTG-DTA). Metodele de caracterizare au fost aplicate pentru a compara performanțele celor trei materiale, cu accent pe adaptarea marginală, estetica, rezistența și ușurința în prelucrare si evidențierea diferențelor esențiale dintre materiale în contextul utilizării lor în restaurările stomatologice. Rezultatele acestui studiu împreună cu datele din literatura de specialitate ajută la interacțiunea acestor materiale cu țesuturile și, de asemenea, la modificarea proprietăților acestor materiale.
Cuvinte cheie
kit-uri ceramice, tehnica CAD/CAM, spectroscopie de absorbție, microscopie electronică de baleiaj, analiză termică
-
Anul
2025
-
Numărul
55 (4)
-
Paginile
413-423
-
Domenii de interes
BIOMATERIALE ȘI BIONANOMATERIALE; SUBSTANȚE, PROCEDURI ȘI DISPOZITIVE PENTRU MEDICINĂ
ANDREI GÎRBOVEANU, ANDREI ZYBACZYNSKI, MUHEEB ALTALEB, DAN PAUL GEORGESCU
Rezumat
Durabilitatea betonului armat este legata în principal de coroziunea armăturilor. Coroziunea apare curent din cauze legate de carbonatare sau din difuzia clorurilor. De asemenea fisurarea este o cauză posibilă a accelerării consecințelor acestor fenomene. În acest articol se prezintă argumente care rezultă atât din literatura tehnică de specialitate dar și demonstrate teoretic și prin încercări experimentale de către autori legate de faptul că armarea dispersă reprezintă și o soluție de îmbunătățire a durabilității betonului armat. Betonul armat dispers are particularități care conduc la îmbunătățirea unor mecanisme de transport cum ar fi permeabilitatea sau difuzia dar și în ceea ce privește reducerea nivelului deformațiilor specifice precum și al deschiderii fisurilor, care influențează aceste mecanisme de transport, la aceleași niveluri ale solicitărilor prin comparație cu betonul armat obișnuit. In conformitate cu cercetările desfășurate pe plan internațional în cazul betonului armat cu fibre de oțel, coroziunea este mult mai puțin severă în comparație cu armarea cu armătură continua de oțel a structurilor de beton iar degradarea betonului armat cu fibre de oțel fisurat din cauza coroziunii fibrelor depinde de mai mulți parametri, cum ar fi: deschiderea fisurii, agresivitatea condițiilor de mediu și tipul de fibre. Deschiderea fisurilor de până la 0,1 mm nu are niciun efect negativ asupra coroziunii, deoarece auto colmatarea restabilește aproape complet integritatea structurii betonului armat cu fibre de oțel. Coroziunea superficială crește frecarea fibre-matrice, sporind rezistența la smulgerea fibrelor, ceea ce poate conduce la creșterea capacității de încovoiere a elementelor din beton armat cu fibre de oțel. Calculele prezentate în articol au indicat că betonul armat dispers prezintă o deschidere mai mică a fisurilor pentru aceleași condiții legate de compoziția betonului sau nivelul de solicitare față de betonul armat obișnuit. Rezultatele cercetărilor experimentale efectuate pe elemente din beton precomprimat la care în zona centrala a deschiderii s-a înlocuit armarea transversală cu etrieri cu armarea dispersă au scos în evidență o diminuare a deformațiilor specifice pentru aceleași niveluri de solicitare în cazul utilizării armării disperse, ceea ce indică o reducere a microfisurării, o permeabilitate mai scăzută și, implicit, o rezistență sporită la penetrarea agenților externi, contribuind astfel la îmbunătățirea durabilității.
Cuvinte cheie
Beton, armare dispersă, condiții de mediu, durabilitate, beton precomprimat, etrieri, deformații