بخشی از مقاله
چکیده
گرافن دارای خواص مکانیکی قابل توجهی است که موجب میشود تا یک تقویت کنندهی خوب در کامپوزیت-های زمینه فلزی شناخته شود. همچنین دارای خواص منحصربفرد نوری و گرمایی است که آن را یک فیلر موثر برای تولید کامپوزیتهای چند منظوره بخصوص در مورد کامپوزیتهای زمینه فلزی بنا به خواص مکانیکی فوق-العادهی آن میسازد.
در طی سالهای گذشته توجه کمتری به کامپوزیتهای زمینه فلزی تقویت شده با گرافن - GRMMC - در مقایسه با کامپوزیتهای زمینه پلیمری و سرامیکی شده است. این مقاله به مطالعهی چگونگی پراکندگی گرافن در کامپوزیتها به علاوهی موادی که قبلا سنتز و شناسایی شدهاند، میپردازد و نیز بر روی روشهای مختلف پراکندگی، مکانیزم استحکام بخشی، کامپوزیتهای سنتز شده با گرافن وکاربردهای آنها توجه دارد.
-1 مقدمه
گرافن یک صفحهی ضخیمی از لایهی اتمی کربن یا فیلمی از اتمهای کربن است و بنا به ساختار شش گوشهی دو بعدی پیوندهای ، وزن کم، خواص مکانیکی، گرمایی و الکتریکی مورد توجه همگان قرار گرفته است.
گرافن، خواص بینظیر بسیاری دارد و در حقیقت، دانشمندان در مورد گرافن، از چندین دههی قبل بر این باورند که مستحکم-ترین مادهای است که تاکنون آزمایش شده است و سفتترین ماده، بسطیافتنیترین کریستال و رساناترین ماده برای گرماست که برای بشر شناخته شده است.
گرافن در سال 2004، در آزمایشگاه توسط A. K. Geim و [1] K. S. Novoselov سنتز شد. صفحات گرافن - GNPs - شامل دستهی کوچکی از گرافن است که میتواند جایگزین نانولولههای کربنی شود؛ چرا که در قیاس با CNTها، همهی خواص را دارا میباشد. مزیت اصلی استفاده از گرافن بجای نانولولههای کربنی، مساحت سطح ویژهی بالا[2]، در ضمن بهبود خواص مکانیکی مانند استحکام و سفتی و تمایل کمتر به پیچخوردگی است که باعث میشود آسانتر در ماتریس پخش شود.
همچنین گرافن نسبتا آسان و ارزان تولید میشود و درمقایسه با دیگر آلوتروپهای کربن، از لحاظ سلامتی خطرات کمتری دارد.[4] خواص ذاتی صفحات گرافن - GNPs - سبب کاربردهای بسیار و نیز اثرات مفید، به عنوان مواد افزودنی نانو-مقیاس در کامپوزیتهای جدید، مانند یک جزء در باتریهای پیشرفته، یا یک جزء رسانا در مورد پوشش یا چسبندگی، می-باشد.
همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است؛ پژوهش در مورد گرافن، از جمله کنترل فیلمهای گرافن بر روی بسترها، و یا عاملدارکردن گرافن به عنوان تقویتکننده و کاوش کاربردهای گرافن، به صورت تصاعدی، رشد یافته است. با این حال، با توجه به مزایای قابل توجه نیاز به تقویت مادهای است که به ویژه در حمل و نقل هوایی، هوا-فضا و صنایع اتومبیلسازی کاربرد دارد؛ هرچند دستیابی به ویژگیهای مکانیکی بهبودیافته با استفاده از اصلاح ذرات آلیاژ، تغییر شکل و فرایندهای عملیات حرارتی مشکل میباشد. در تحقیقات بسیاری، نانوکامپوزیتهای تقویتشده با مورد بررسی قرار گرفتهاند
اکنون بزرگترین چالشها، بهبود پخش متعادل گرافن است که کامپوزیت را بدون آسیب رساندن به ساختار اصلی آن استحکام میبخشد. نانوکامپوزیتهای زمینه فلزیCNT/ها شاید کاندید مطلوبی برای نانوکامپوزیتهای سری نسل بعدی باشند. بخشی از خواص فیزیکی و مکانیکی مهم گرافن در جدول شمارهی 1 به طور خلاصه بیان شده است.
شکل .1 خط زمانی کاربردهای گرافن در طی سالهای گذشته - - 9
جدول .1 مهمترین خواص مکانیکی و فیزیکی گرافن
.2گرافن
گرافن، همهی ریختهای مادهی گرافیتی از صفحات با ضخامت 100 نانومتری تا گرافن تک جداره را پوشش میدهد.[10] با این حال، حصول گرافن تک و چندجداره، مورد توجه میباشد. در واقع، تشخیص لایههای گرافن با شماری از لایههای اتمی در یک میکروسکوپ نوری بنا به طبیعت نوری پرانرژی و قابل توجهش امکانپذیر است.
تحقیقی برای مشخص کردن تعداد لایههای مورد استفاده در فرایند تقویت انجام گرفت و مشخص شد که انتقال تنش در گرافن تک لایه بیشتر از گرافینی با دو لایهی پشت سر هم است[12] و لایهها به اندازهی کافی بزرگ هستند - بزرگتر از 30 میکرو متر - و نسبت مقاطع برای تقویت موثر برای هر دو لایهی پشت سر هم [13] وگرافن تک لایه در کامپوزیت [14] باید بزرگ باشد. قبلا، تلاشهای قابل توجهی برای توسعهی روشهای تهیهی گرافن با کیفیت بالا و در مقادیر زیاد، برای اهداف تحقیقاتی و همچنین برای کاربردهای ممکن در موارد مناسب، صورت گرفته است
اولین اقدام صورت گرفته جهت تهیه-ی گرافن، شکسته شدن گرافیت به گرافن با روشهایی که به تقسیم مکانیکی یا تراش فاز مایع شناخته میشود، است. روش دیگر، رسوب بخار شیمیایی - CVD - است که برای سنتز گرافن به کار گرفته میشود و اخیرا، شکلهای نازکتری از صفحات گرافیت [16] - GNPs - توسط روشهای مختلف که به پرتوافکنی اسید گرافیت به اشعه های میکروویو، فرز توپ و مافوق صوت معروف است، به دست آمده است. شکل 2، یک مدل مولکولی از صفحهی گرافن اتمی تک لایه را نشان میدهد.
