Ultimate magazine theme for WordPress.

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا

0

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا

 

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا
تصویر شماتیک مراحل فرآیند سنتز تشکیل گرافن B4C-NWs. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.aba7016

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا اثر متقابل ضعیف سطحی بین نانو پرکننده ها و نانوکامپوزیت های ماتریس در طی مهندسی مواد باعث شده است که اثرات تقویت کننده نانو فیلر بسیار کمتر از مقادیر نظری پیش بینی شده باشد. در گزارش جدیدی که اکنون در پیشرفتهای علمی منتشر شده است ، نینگینگ سونگ و تیمی از دانشمندان گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه ویرجینیا ، ایالات متحده ، نشان داده اند که دارای گرافن است کاربید بورون (B ۴ C) نانوسیم ها (B ۴ ) C-NWs @ گرافن). این سازه ها باعث پراکندگی استثنایی نانوسیم ها در ماتریس شده و به پیوند نانوسیم ماتریس فوق العاده کمک می کند. گرافن B ۴ C-NWs کامپوزیت های اپوکسی تقویت شده را ساخته و افزایش همزمان قدرت ، مدول الاستیک و شکل پذیری را نشان می دهد. Song و همکاران با استفاده از گرافن برای متناسب کردن رابط های ترکیبی. به طور م usedثر از نانوپرکننده ها استفاده کرد تا بازده انتقال بار را دو برابر کند. آنها از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای باز کردن قفل مکانیسم خود مونتاژ برشی استفاده کردند از ساختار گرافن / نانوسیم. این تکنیک کم هزینه مسیر جدیدی را برای تولید نانوکامپوزیت های قوی و سخت برای بهبود رابط ها و امکان انتقال کارآمد بار زیاد باز می کند.

نانو پر کننده ها – نانوسیم ها و ذرات نانو

دانشکده ها : نانو پر کننده ها از جمله نانوسیم ها و نانوذرات می توانند سطح خاص بسیار بیشتری از میکروفیلرها از لحاظ تئوری ، بنابراین آنها تقویت های ایده آل برای تقویت مشترک استثنایی در مقاومت و مقاومت ارائه می دهند. با این حال ، در علوم و مهندسی مواد ، نانوکامپوزیت ها به دلیل ضعف اتصال سطحی بین پرکننده ها و ماتریس ، همچنان به این قول عمل می کنند. کاربید بور (B ۴ C) سومین ماده سخت شناخته شده در طبیعت است که اغلب به دلیل خصوصیات کلیدی فیزیکی و مکانیکی . با این حال ، وقتی به عنوان تقویت کننده در نانوکامپوزیت ها استفاده می شود ، نانوسیم های B ۴ C (B ۴ C-NWs) به دلیل پراکندگی ضعیف در ماتریس ، به تنهایی اثر تقویت کننده ای نشان نمی دهند. و به دلیل اتصال ضعیف سطحی. در نتیجه ، مهندسی رابط های نانوکامپوزیتی برای تحقق بخشیدن به پتانسیل کامل آنها بسیار مهم است. از بسیاری رویکردهای موجود و قبلاً در علوم مواد و مواد نانو مورد بررسی قرار گرفته است ، Song و همکاران. یک روش مهندسی رابط گرافن را گزارش دهید. در این مکانیسم ، آنها B ۴ C-NWs را با گرافن چسباندند تا به طور استثنایی مقاومت و مقاومت مواد حاصل را افزایش دهد. آنها ورقهای گرافن با کیفیت بالا را به گرافیت تبدیل کردند و همزمان آنها را از طریق مخلوط کردن برش به B ۴ C-NW پیچیدند تا سازه های گرافن B ۴ C-NWs بدست آورند .

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا
سنتز نانو پرکننده ها در آب رقیق با اختلاط برشی. تصاویر TEM از (A) B4C-NWs ، (B) گرافن چند لایه و (C) B4C-NWs @ گرافن. (D) عکس های دیجیتال زمانی از تعلیق های B4C-NWs ، گرافن و B4C-NWs @ گرافن. اعتبار عکس: نینگینگ سونگ ، دانشگاه ویرجینیا. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.aba7016

سنتز ساختارهای B ۴ C-NWS @ graphene

سونگ و همکاران ابتدا B ۴ C-NWS را از طریق یک نمونه فرایند جامد مایع بخار ، جایی که پنبه به عنوان منبع کربن عمل می کند ، در حالی که پودرهای بور آمورف به عنوان منبع بور عمل می کنند ، در کنار یک کاتالیزور . این تیم از طریق ارتعاشات مافوق صوت B ۴ C-NWS را از بستر جدا کرده و با استفاده از X -ray طیف سنجی فوتوالکترون (XPS) برای تأیید تولید B ۴ C-NW با کیفیت بالا. برای ساخت مستقیم و مونتاژ B ۴ C-NWs @ graphene ، Song و همکاران. پودرهای گرافیت مخلوط و B ۴ C-NWs. سپس از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ، آنها نشان دادند که چگونه گرافیت با موفقیت به گرافن لایه برداری می شود ، در حالی که B ۴ C-NWS سالم باقی می ماند مخلوط در طی روش مصنوعی ، ورق های گرافن به طور همزمان بر روی سطح B ۴ C-NWs مونتاژ می شوند. استفاده از هر دو میکروسکوپ الکترونی انتقال با وضوح بالا (HRTEM) بازرسی و مربوطه تبدیل سریع فوریه (FFT) ، Song و همکاران. خود مونتاژ گرافن را در B ۴ C-NW با کیفیت بالا تأیید کرد ، در حالی که ویژگی های تک لایه و چند لایه را حفظ می کند.

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا
خصوصیات B4C-NWs @ گرافن. (A) تصویر TEM ، (B) الگوی XRD و (C) طیف Raman تصحیح شده در پس زمینه B4C-NWs @ گرافن. (D) تصویر HRTEM ، (E) FFT مربوطه و (F) پس زمینه تصحیح شده طیف Raman از B4C-NWs در B4C-NWs @ گرافن. (G) تصویر HRTEM ، (H) FFT مربوطه و (I) تصحیح پس زمینه طیف رامان گرافن تک لایه در B4C-NWs @ گرافن. a.u ، واحدهای دلخواه. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.aba7016

مشخص کردن B ۴ C-NWs @ سازه های گرافن

دانشمندان گرافن B4C-NWs را روی نانوکامپوزیتهای اپوکسی پراکنده کردند و آزمایشات خمشی سه نقطه ای را روی کامپوزیت ها و مواد اپوکسی انجام دادند. در مقایسه با نمونه های رزین اپوکسی خام ، نانوکامپوزیت های B ۴ C-NWs @ graphene تحت تغییر شکل پلاستیک بزرگتری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که چگونه گرافن پیوند بین B ۴ C-NWs و ماتریس اپوکسی را به عنوان یک عامل سطحی تقویت می کند ، در حالی که مجموعه ای از مکانیسم ها که خم شدن را به طور مشترک تسهیل می کند به افزایش مقاومت B کمک می کند ۴ کامپوزیت های C-NWs @ graphene. به این ترتیب ، گرافن امکان پراکندگی بهتر برای نانو پر کننده های ماتریس را فراهم می کند ، انتقال بار و تقویت مفصل در مقاومت و مقاومت را بهبود می بخشد. برای درک بهتر کیفیت پراکندگی سازه های B ۴ C-NWs @ graphene ، Song و همکاران مدول الاستیک نظری کامپوزیت ها را محاسبه کنید. نتایج نشان داد که کامپوزیت ها در مقایسه با سایر کامپوزیت ها استحکام و مقاومت استثنایی را حفظ می کنند. در ادبیات

.

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالاعملکرد مکانیکی کامپوزیت های گرافن B4C-NWs. (A و B) مقایسه خصوصیات مکانیکی کامپوزیت های ۰٫۳ درصدی درصد B4C-NWs @ گرافن با سایر کامپوزیت های تقویت شده با نانو فیلر معمولی [مشتق شده از (۳۰-۴۴)]. (C) مقایسه مقاومت خمشی ، مدول الاستیک و فشار شکست برای اپوکسی خالص و کامپوزیت های تقویت شده با گرافن B4C-NWs @. (D) بهره وری انتقال بار در مقابل نمودار چگالی نشان می دهد که کامپوزیت B4C-NWs @ گرافن دارای ویژگی های رابط استثنایی است [خواص مکانیکی کامپوزیت های تقویت شده با نانو فیلر ۱D از مطالعات قبلی استخراج شده است]. CNT ، نانولوله کربنی. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.aba7016

شبیه سازی دینامیک مولکولی

این تیم برای درک اینکه چگونه ورقهای گرافن سطح B ۴ C-NW را ویرایش می کنند و چگونه گرافن باعث پراکندگی B ۴ C می شود ، شبیه سازی های دینامیک مولکولی (MD) را انجام داد. -NWs و همچنین انتقال بار افزایش یافته در کامپوزیت ها. آنها سپس شبیه سازی MD را برای آزمایش روند بیرون کشیدن نانوپرکننده ها از یک ماتریس اپوکسی برای درک قدرت چسبندگی بین نانوپرکننده ها و ماتریس انجام دادند. شبیه سازی MD با مشاهدات تجربی و جزئیات کشف شده از سد تعامل افزایش یافته B ۴ C-NW متناسب با گرافن موافقت کرد تا عملکرد پراکندگی را بهبود بخشد. سونگ و همکاران شبیه سازی هایی را برای بررسی روند بیرون کشیدن نانوپرکننده ها از ماتریس اپوکسی انجام داد و انرژی متقابل را برای درک قدرت چسبندگی بین نانو پر کننده ها و ماتریس محاسبه کرد. گرافن B ۴ C-NWs @ به دلیل وجود گرافن ، انرژی متقابل بالاتری را با اپوکسی و نیروی پیک خروجی بزرگتر نشان داد ، که باعث می شود نانوپرکننده با سطح بالاتر باشد. علاوه بر این ، تعداد بیشتری از اتم های متقابل و هندسه های پیچیده کامپوزیت باعث افزایش مقاومت سطحی و بازده انتقال بار می شود.

خیاطی رابط های نانوکامپوزیتی با گرافن برای دستیابی به مقاومت و مقاومت بالا
شبیه سازی MD برهم کنش های نانوفیلر. (A) عکس های فوری MD از ساختار اولیه (B4C-NWs @ graphene / B4C-NWs @ graphene) برای محاسبه انرژی برهم کنش. (B) پروفایل های انرژی متقابل بین دو نانوفیلر از همان نوع (گرافن / گرافن ، B4C-NW / B4C-NW و B4C-NWs @ گرافن / B4C-NWs @ گرافن). اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.aba7016

به این ترتیب ، نینگینگ سونگ و همکارانش از ورق های گرافن برای تنظیم سطح رابط بین B ۴ C-NW و مواد اپوکسی استفاده کردند. این تیم با مخلوط کردن پودرهای گرافن و B ۴ C-NWs در آب رقیق ، مواد نانوکامپوزیتی (B ۴ C-NWs @ graphene) را سنتز کرد. تعلیق حاصله پراکندگی همگن را در آب و مواد اپوکسی برای افزایش کارایی انتقال بار نشان می دهد ، در حالی که عملکرد مکانیکی کامپوزیت ها را بهبود می بخشد. این روش بسته بندی گرافن با هزینه کم و کارآمد مسیرهای جدیدی را برای ایجاد نانوکامپوزیت های قوی و سخت با کاربردهایی در پزشکی ، داروسازی و تحویل دارو باز می کند ، اجازه گرافن نانوذرات پیچیده شده برای غلبه بر پمپ های خروجی و مقاومت دارویی.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.