برتری یافتن گرافن بر نانولوله‌ها در استحکام و مقاومت در برابر تر

برتری یافتن گرافن بر نانولوله‌ها در استحکام و مقاومت در برابر ترک

سه مطالعه از محققان در موسسه پلی‌تکنیک ونسلار شرح می‌دهند که چرا گرافن باید نانوماده انتخابی برای مواد کامپوزیتی مستحکمی باشد که می‌توانند در هر چیزی از توربین‌های باد گرفته تا بال‌های هواپیما استفاده شوند...

طبق این مطالعه‌ها کامپوزیت‌های ساخته‌شده با گرافن در مقایسه با کامپوزیت‌های ساخته‌شده با نانولوله‌های کربنی یا دیگر نانوذرات، مستحکم‌تر، سخت‌تر و کمتر شکننده می‌باشند. این بدین معنی است که گرافن در توسعه مواد نانوکامپوزیتی نسل آینده می‌تواند نقش اساسی بازی کند.

 

ورقه‌های گرافنی که این محققان از گرافیت توده‌ای استخراج کرده‌اند.

نیکهیل کوراتکار، رهبر این گروه تحقیقاتی می‌گوید: ما برای 10 سال است که در زمینه نانوکامپوزیت‌ها کار می‌کنیم و گرافن بهترین ماده‌‌ای است که تاکنون در زمینه بهبود خواص مکانیکی دیده‌ایم. گرافن در زمینه انتقال خواص مکانیکی و استحکامی استثنایی‌اش به یک ماده‌ی میزبان، از نانولوله‌های کربنی یا هر نانوپرکن شناخته‌شده‌ی دیگری، بسیار بهتر است.

کامپوزیت‌های پیشرفته به‌طور فزاینده‌ای به‌عنوان جزء کلیدی در طراحی هواپیما‌ها، تیغه‌های آسیاب بادی جدید و دیگر کاربردهایی که نیاز به مواد بسیار مستحکم و فوق‌العاده سبک دارند، استفاده می‌شوند. مواد کامپوزیتی اپوکسی بی‌نهایت سبک هستند، اما می‌توانند شکننده باشند و به‌راحتی شکسته شوند. این محققان با استفاده از دسته‌ها یا ورقه‌هایی از گرافن نانوکامپوزیت‌های پیشرفته‌ای ساختند. هر ورقه ضخامتی به اندازه‌ی فقط چند نانومتر داشت. آنها همچنین با نانولوله‌های کربنی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی ساختند.

نانوکامپوزیت‌های اپوکسی ساخته‌ شده با گرافن، عالی‌ترین عملکرد را از خود نشان دادند. در حقیقت اضافه کردن گرافن به اندازه یک‌ دهم درصد وزنی کامپوزیت، جهت افزایش استحکام و سختی اپوکسی، معادل اضافه‌کردن نانولوله‌های کربنی به اندازه‌ یک درصد وزنی کامپوزیت، است. این نانوپرکن گرافنی همچنین مقاومت ماتریس اپوکسی در مقابل پیشرفت ترک و شکسته‌شدن را نزدیک صد برابر افزایش داد.

اگرچه گرافن و نانولوله‌های کربنی خواص مکانیکی و شیمیایی نزدیک به هم دارند، اما گرافن خواص خود را خیلی بهتر از نانولوله‌های کربنی به ماتریس پلیمری منتقل می‌کند.

این محققان می‌گویند که صنایع هواپیمایی و انرژی باد، در جستجوی مواد جدیدی هستند که بتوانند با آنها تیغه‌های توربین بادی و موتورهای بادوام‌تر و قوی‌تری بسازند. آنها با تحقیقات بیشتر، تلاش خواهند کرد که بفهمند چگونه گرافن می‌تواند در این زمینه سودمند باشد. گرافن در این زمینه بسیار نوید بخش است، زیرا می‌تواند از گرافیت که قابل دسترسی و ارزان است، تولید شود و این بدین معنی است که تولید انبوه آن امکان‌پذیر است.

این محققان نتایج خود را در مجله‌های Small، ACS Nano و Applied Physics Letters منتشر کرده‌اند.