کامپوزیت های تقویت شده با گرافن

1تاثیر درصد گرافن بر خواص مکانیکی نانو کامپوزیت مس-گرافن

                         سید حمید دانشمند*۱، محمد ذاکرى ۲، تقی شجاعی ۳،على محمد بیگى ۱ و على نظرى ۴

۱)کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران
۲) استادیار، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژى، کرج، ایران
۳                                   ۳)دانشجوی دکتری، گروه هوافضا، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران                                               ۴)استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، ساوه، ایران

چکیده :                                                                                                                                                                   

 در این تحقیق، برای بررسی خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مس/گرافن با استفاده از فرآیند آلیاژسازی مکانیکی و پرس سرد از طراحی آزمون تاگوچی استفاده شده است که متغییر هایی نظیر درصد گرافن، زمان آسیاب کاری، فشار پرس و دمای تف جوشی در این تحقیق بکار برده شده است.در این مقاله تاثیر درصد گرافن بر خواص مکانیکی نانو کامپوزیت مس/گرافن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور عملیات آلیاژسازی مکانیکی پودر­های مذکور به مدت حداکثر ۲۰ ساعت درون آسیاب گلوله­ای سایشی و تحت محیط گاز آرگون انجام شد. برای بررسی مورفولوژی ذرات پودر از میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز مخلوط پودری از الگوی پراش پرتو X و برای ردیابی گرافن از طیف سنج آنالیز رامان استفاده شده است. نتایج بدست آمده نشان دهنده بهبود خواص مکانیکی می باشد به صورتی که بالاترین استحکام فشاری(۵۶۲MPa) در میزان ۰/۵ درصد گرافن و بالاترین سختی(۶۳/۳BHN) در میزان ۰/۲ درصد گرافن به دست آمد.

 واژه­ های­ کلیدی:

نانوکامپوزیت مس/گرافن، آلیاژسازی مکانیکی، خواص مکانیکی.

 The effect of graphenepercent on mechanical properties ofCu/graphene nanocomposites

Seyed Hamid Daneshmand*1، Mohammad Zakeri2، Taghi shojaee3، Ali Mohammadbeigy1، Ali Nazari1

 ۱Department of Materials Engineering, Islamic Azad University, Saveh, Iran

۲Institute of Ceramics, Materials and Energy Research Institute, Karaj, Iran

۳Aerospace Faculty, University of Imam Hussain (AS), Tehran, Iran

Abstract   In this study, to investigate the mechanical properties of Cu / graphene nanocomposite using by mechanical alloying process of cold pressing of the Taguchi experimental design is used when variables such as percentage of graphene, milling time, pressure pressing and sintered temperatures used in this study. In this article the effect of graphene on the mechanical properties of copper / graphene nanocomposite has been studied. For this operation, the mechanical alloying powders in a ball mill for 20 hours maximum wear under argon atmosphere was carried out. Powder particle morphology by scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis of the powder mixture model and Raman spectraanalyze has been used for graphene detect.According to the results mechanical properties are improved such that the highest compressive strength (MPa562) and highest hardness (63/3 BHN) are achieved in the Al composite reinforced with0/5% and 0/2 % graphene respectively.

 Key word:Cu/Graphene nanocomposites,Mechanical alloying, mechanical propertie

1Geometry and temperature effects of the interfacial thermal condutance in copper-and nickel-graphene nanocomposites 

نانو کامپوزیت مس/گرافن و نیکل/گرافن :

در این پروژه شو وی چنگ[۱] و همکارانش در دانشگاه ماساچوست[۲] برروی تاثیر گرافن بر هدایت حرارتی نانو کامپوزیت های مس-گرافن و نیکل-گرافن تحقیقاتی انجام داده اند :

همانطور که در نمودار زیر مشاهده می شود هدایت حرارتی نانو کامپوزیت های مس-گرافن و نیکل-گرافن بسیار شبیه یکدیگر می باشند اما در هر دو مورد با افزایش لایه های گرافن از یک لایه به سه لایه و بیشتر کاهش رسانایی حرارتی به صورت فاحشی رخ می دهد که این مورد نشان دهنده وابستگی شدید این دو نانوکامپوزیت به لایه های گرافن می باشد.

با استفاده از گرافن تک لایه در این نانوکامپوزیت ها میزان هدایت حرارتی به بیشترین مقدار خود یعنی حدود MW   ۵۰۰  می رسد در حالی که هدایت حرارتی این نانو کامپوزیت ها با استفاده از گرافن دو لایه به حدود نصف میزان گرافن تک لایه می باشد و برای گرافن های بیشتر از سه لایه هدایت حرارتی به  به MW   ۱۰۰ کاهش پیدا می کند.

Cu-Gr (SLG: single-layer-graphene /  BLG:bilayer graphene  /  TLG:trilayer graphene).

نمودار (۱) : تاثیر تعداد لایه های گرافن برروی هدایت حرارتی نانوکامپوزیت های مس-گرافن و نیکل گرافن.


[۱]- Shu-Wei Chang

[۲]- Massachusetss


1

 تاثیر گرافن بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت آلومینیوم-گرافن

على محمد بیگى ۱، محمد ذاکرى ۲، على نظرى ۳
۱)دانش آموخته کارشناسى ارشد، دانشگاه آزاد واحد ساوه، گروه مهندسى مواد، ساوه، ایران
۲) استادیار، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژى، کرج، ایران
۳)استادیار، دانشگاه آزاد اسلامى واحد ساوه، گروه مهندسى مواد، ساوه، ایران

چکیده

در این پژوهش براى ساخت این نانو کامپوزیت از روش آلیاژسازى مکانیکى و پرس گرم استفاده شد و نمونه هاى تست فشار ساخته شد. براى این منظور عملیات آلیاژسازى مکانیکى پود رهاى مذکور به مدت ۱۰ ساعت درون آسیاب گلوله ای سایشى و تحت اتمسفر گاز آرگون انجام شد. سپسریز ساختار نمونه هاتوسط  SEM و RAMAN, XRD مورد بررسی قرار گرفت. از نمونه ها تست سختى برینل و استحکام فشارى گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان دهنده بهبود خواص مکانیکى مى باشد. مقایسه آلومینیوم خالص، آلومینیوم خالص با ۱۰ ساعت آسیاب کارى و نانوکامپوزیت آلومینیوم /گرافن نشان دهنده افزایش سختى (۱۰۹BHN) و افزایش استحکام فشارى(۲۹۰MPa) در نمونه حاوى ۰,۲ درصد گرافن مى باشد.
کلید واژه ها: نانوکامپوزیت، آلیاژسازى مکانیکى، گرافن.

Effect of graphene on mechanical properties of nanocomposite aluinum/graphene

Ali Mohammadbeigy1,Mohammad Zakeri2, Ali Nazari3

۱Msc Material Engineering, Material Engineering Group, Islamic Azad University, Saveh, Iran

۲Associate professor ,Research Of Ceramic, Material And Energy Research Center, Karaj, Iran

۳Associate Professor ,Islamic Azad University ,Material Engineering Group, Saveh , Iran

Abstract

In this study, to produce this nano composite was used method mechanical alloying and hot pressing and were made pressure test samples For this purpose, the mechanical alloying powders mentioned a maximum period of 10 hours in a ball mill abrasion was performed under argon atmosphere . The microstructure of the samples by RAMAN, XRD and SEM were examined , as well as to evaluate the mechanical properties, Brinell hardness test , and compressive strength of the samples were taken. Results show improved mechanical properties Compared to pure aluminum, pure aluminum with 10 hours mill and Al/ graphene nanocomposite shows the increasing hardness (109 BHN) and increasing compressive strength (290MPa) in samples containing graphene is 0.2 percent

Keywords: nanocomposite , mechanical alloying,graphene

1Graphene–aluminum nanocomposites Download files

 نانو کامپوزیت آلومینیوم-گرافن :

در این تحقیق که توسط استفان بارتولوچی[۱] و گروهی از همکارانش در آمریکا انجام شد، نانوکامپوزیت  های آلومینیوم-گرافن، آلومینیوم- نانو لوله های کربنی[۲] و آلومینیوم خالص توسط آسیاب گلوله ای، پرس ایزواستاتیک گرم[۳] و عملیات اکستروژن ساخته شد.

در این تحقیق پودر Al وGr در یک میکسر صوتی به مدت ۵ دقیقه مخلوط شد، سپس مخلوط پودرها در یک آسیاب پر انرژی Zoz به مدت ۱ ساعت آسیاب شد. پس از آن پودرهای آسیاب شده به روش پرس ایزواستاتیک گرم در دمای  ۳۷۵ به مدت ۲۰ دقیقه فشرده شده و در آخر نمونه ها در دمای  ۵۵۰   به مدت ۴ ساعت پیشگرم  شده و با یک اکسترود ۵۰ تنی نمونه ها اکسترود شده.

جدول(۱)-سختی نمونه ها پس از پرس ایزواستاتیک گرم و اکستروژن.

نمونه

شرایط تولید

سختی ویکرز

Al pure

As-pressed

۹±۸۳

Al pure

As-extruded

۷±۹۶

Al-1wt%MWNT

As-pressed

۴±۱۰۲

Al-1wt%MWNT

As-extruded

۱±۱۰۲

Al-0.1wt%graphene

As-pressed

۵±۹۹

Al-0.1wt%graphene

As-extruded

۵±۸۴

با توجه به جدول فوق مشخص می شود که نانو کامپوزیت   Al-1%wtMWNTدر بین نمونه ها بیشترین سختی را دارد، و نانو کامپوزیت آلومینیوم-گرافن سختی کمتری نسبت به نانولوله های کربنی و سختی تقریبا یکسانی با آلومینیوم خالص دارد.نمودار (۱) نمودار استحکام کششی نمونه ها را نشان می دهد.

Al-Gr

           نمودار (۱)- استحکام کششی نمونه ها ی Al خالص،   Al-1wt%MWNT و Al-0.1wt GPL

با توجه به نمودار فوق نتیجه می شود که استحکام کششی آلومینیوم- نانو لوله های کربنی ۱۲ درصد  بیشتر از آلومینیوم خالص و آلومینیوم-گرافن ۱۸ درصد کمتر از آلومینیوم خالص است.نمودار(۲-۴) نمودار کرنش شکست نمونه ها را نشان می دهد.

Al-Gr (2)

              نمودار (۲)- کرنش شکست نمونه ها ی  Alخالص،   Al-1wt و Al-0.1wt GPL

با توجه به نودار فوق مشاهده می شود که نانو لوله ها و گرافن کمترین داکتلیته را دارند. که دلیل آن تشکیل کاربید آلومینیوم به دلیل عیوب گرافن در داخل ساختار می باشد. چرا که حضور کاربید آلومینیوم به صورت پیوسته در مرزدانه ها باعث کاهش استحکام می شود.نمودار (۳) تفرق اشعه X نمونه ها را نشان می دهد.

Al-Gr (3)

             نمودار (۳)- تفرق اشعه X نمونه ها ی Alخالص،    Al-1wt و Al-0.1wt GPL

با توجه به شکل فوق نتیجه می شود که قوی ترین پیک ها ی  مربوط می شود به نمونه آلومینیوم- گرافن و نمونه های دیگر پیک های ضعیف تری دارد. یکی از دلایل تشکیل کاربید آلومینیوم در نانو کامپوزیت آلومینیوم-گرافن وجود نقوص موجود در گرافن می باشد که این نقوص شرایط را برای تشکیل کاربید فراهم نموده است.


[۱] -Stephen F. Bartolucci

[۲] – Carbon Nano Tube)CNT)

[۳] – Hot Isostatic Pressing)HIP)


 

1

Graphene Nanoribbon Composites 

بررسی تاثیر نانو نوارهای گرافن بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت اپوکسی/گرافن :

در این پروژه محمد رفیعی[۱] و همکارانش برروی تاثیر نانو نوارهای گرافن[۲] برروی خواص مکانیکی نانو کامپوزیت اپوکسی-گرافن تحقیقاتی را انجام داده اند که نتیجه بدست آمده نشان دهنده بهبود خواص مکانیکی بدست آمده این نانو کامپوزیت در مقایسه با نانو کامپوزیت تقویت شده با نانولوله های کربنی چند جداره می باشد.

در این پروژه چهار نمونه شامل اپوکسی خالص، اپوکسی با ۰/۱۲۵ درصد گرافن، اپوکسی با  ۰/۳ درصد گرافن و اپوکسی با ۰/۴  درصد گرافن ساخته شد و همانطور که در نمودار زیر مشاهده  می شود با افزایش درصد گرافن به حدود ۰/۳ استحکام بطور قابل ملاحظه ای افزایش یافته است. بطور مثال مدول یانگ این نانو کامپوزت ۳۰ درصد و استحکام کششی آن ۲۲ درصد افزایش یافته است.

اپوکسی

شکل (۱) : (a) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از سطح شکست نانوکامپوزیت اپوکسی-گرافن با ۰/۳ درصد وزنی نانو نوارهای گرافن که نشان دهنده آگلومره شدن و خوشه ای شدن نانو نوارهای گرافن احاطه شده با زمینه می باشد. (b) نمودار استحکام کششی نانوکامپوزیت اپوکسی-گرافن.


[۱] – Mohammad A.Rafiee

[۲]-Graphene Nano Ribbon (GNR)


3

سمینار کامپوزیت های تقویت شده با گرافن

فایل ارائه نانو کامپوزیت آلومینیوم – گرافن Al-graphene


1

  1. گرافن جادوی قرن ۲۱ - پروژه کارشناسی شیمی دانشگاه پیام نور اهواز ابراهیم محبی
  2. سنتز گرافن از مواد آلی به روش لایه نشانی بر سطح فلز- مجله مواد و فناوری های پیشرفته پژوهشگاه مواد و انرژی

 

پاسخ دهید