Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Graphene kim loại cao cấp như một pha gia cường bổ sung cho các vật liệu compozit sợi carbon
Tóm tắt
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là xây dựng một phương pháp chuyển giao graphene kim loại cao cấp (HSMG) và giới thiệu nó vào cấu trúc của các tấm laminate sợi. Trong công trình này, hai quy trình chuyển giao đã được thiết lập: một quy trình chuyển giao vào phim keo cấu trúc (SAF) và một quy trình chuyển giao trực tiếp vào hai loại pre-impregnate sợi carbon (vải đơn trục và vải hai trục). Một điều mới quan trọng trong công trình thí nghiệm này là việc sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) hoạt động ở chế độ electron hấp thụ (AE). Kỹ thuật này cho phép đánh giá tính liên tục của graphene trên một diện tích lớn trong một khoảng thời gian tương đối ngắn. Kỹ thuật SEM/AE đã cho phép xác định rằng graphene được chuyển giao có mức độ khuyết tật thấp, cho thấy rằng nó có thể được sử dụng như một pha gia cường trong các vật liệu compozit. Cả hai quy trình chuyển giao, một vào SAF và một vào các pre-impregnate, đã được sử dụng để sản xuất laminate phẳng cũng như các profile hình ống. Các mẫu phẳng, chứa 0.68 ppm HSMG theo trọng lượng, đã cho thấy sự tăng cường 9% về sức bền mỏi ở chu kỳ thấp. Các profile hình ống (các thành phần xe đạp) với khoảng 0.22 ppm HSMG đã cho thấy sự gia tăng đáng kể về độ mòn mỏi trong các thử nghiệm ban đầu. Thêm vào đó, không có hiện tượng phân tách mỏi được quan sát thấy tại các giao diện giữa các pre-impregnate được tách ra bởi graphene HSMG.
Từ khóa
#graphene kim loại cao cấp #HSMG #vật liệu compozit #sợi carbon #độ bền mỏi #kính hiển vi điện tử quétTài liệu tham khảo
Fim FC, Basso NRS, Graebin AP, Azambuja DS, Galland GB. Thermal, electrical, and mechanical properties of polyethylene–graphene nanocomposites obtained by in situ polymerization. J Appl Polym Sci. 2013;128:2630–7.
Das TK, Prusty S. Graphene-based polymer composites and their applications. Polym Plast Technol. 2013;52:319–31.
Yuan X. Enhanced interfacial interaction for effective reinforcement of poly(vinyl alcohol) nanocomposites at low loading of graphene. Polym Bull. 2011;67:1785–97.
Potts JR, Lee SH, Alam TM, An J, et al. Thermomechanical properties of chemically modified graphene/poly(methyl methacrylate) composites made by in situ polymerization. Carbon. 2011;49:2605–23.
Rafiq R, Cai D, Jin J, Song M. Increasing the toughness of nylon 12 by the incorporation of functionalized graphene. Carbon. 2010;48:4309–14.
Vadukumpully S, Paul J, Mahanta N, Valiyaveettil S. Flexible conductive graphene/poly(vinyl chloride) composite thin films with high mechanical strength and thermal stability. Carbon. 2011;49:198–205.
Quiles-Díaz S, Enrique-Jimenez P, Papageorgiou DG, Ania F, Flores A, Kinloch IA, Gómez-Fatou MA, Young RJ, Salavagione HJ. Influence of the chemical functionalization of graphene on the properties of polypropylene-based nanocomposites. Compos Part A. 2017;100:31–9.
Bhattacharyya A, Chen S, Zhu M. Graphene reinforced ultra high molecular weight polyethylene with improved tensile strength and creep resistance properties. Express Polym Lett. 2014;8(2):74–84.
Chen D, Zhu H, Liu T. In situ thermal preparation of polyimide nanocomposite films containing functionalized graphene sheets. ACS Appl Mater Interfaces. 2010;2(12):3702–8.
Song WL, Cao MS, Lu M-M, Bi S, et al. Flexible graphene/polymer composite films in sandwich structures for effective electromagnetic interference shielding. Carbon. 2014;66:67–76.
Fu X, Yao C, Yang G. Recent advances in graphene/polyamide 6 composites: a review. RSC Adv. 2015;5:61688–702.
Li H, Xie X-M. Polyolefin-functionalized graphene oxide and its GO/HDPE nanocomposite with excellent mechanical properties. Chin Chem Lett. 2018;29(1):161–5.
Yang X, Li L, Shang S, Tao X-M. Synthesis and characterization of layer-aligned poly(vinyl alcohol)/graphene nanocomposites. Polymer. 2010;51:3431–5.
Atif R, Shyha I, Inam F. Mechanical, thermal, and electrical properties of graphene–epoxy nanocomposites—a review. Polymers. 2016;8(281):1–37.
Tang L-C, Wan Y-J, Yan D, Pei Y-B, Zhao L, et al. The effect of graphene dispersion on the mechanical properties of graphene/epoxy composites. Carbon. 2013;60:16–27.
Sporting goods with graphene material. Patent US 2013/0090193 A1, 11 Apr 2013.
Shen M-Y, Chang T-Y, Hsieh T-H, Li Y-L, Chiang C-L, Yang H, Yip M-C. Mechanical properties and tensile fatigue of graphene nanoplatelets reinforced polymer nanocomposites. J Nanomater. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/565401.
Qiu J, Wang S. Enhancing polymer performance through graphene sheets. J Appl Polym Sci. 2011;119(6):3670–4.
Cakir F, Uysal H, Acar V. Experimental modal analysis of masonry arches strengthened with graphene nanoplatelets reinforced prepreg composites. Measurement. 2016;90:233–41.
Mannov E, Schmutzler H, Chandrasekaran S, Viets C, Buschhorn S, Tölle F, Mülhaupt R, Schulte K. Improvement of compressive strength after impact in fibre reinforced polymer composites by matrix modification with thermally reduced graphene oxide. Compos Sci Technol. 2013;87:36–41.
Pathak AK, Borah M, Gupta A, Yokozeki T, Dhakate SR. Improved mechanical properties of carbon fiber/graphene oxide epoxy hybrid composites. Compos Sci Technol. 2016;135:28–38.
Kula P, Pietrasik R, Dybowski K, Atraszkiewicz R, et al. Single and multilayer growth of graphene from the liquid phase. Appl Mech Mater. 2014;510:8–12.
Kolodziejczyk L, Kula P, Szymanski W, Atraszkiewicz R, et al. Frictional behaviour of polycrystalline graphene grown on liquid metallic matrix. Tribol Int. 2016;93B:628–39.
Pawlak R, Lebioda M, Rymaszewski J, Szymanski W, Kolodziejczyk L, Kula P. A fully transparent flexible sensor for cryogenic temperatures based on high strength metallurgical graphene. Sensors. 2017;17(51):1–14.
Kula P, Szymanski W, Kolodziejczyk L, Atraszkiewicz R, et al. High strength metallurgical graphene for hydrogen storage nanocomposites. Vacuum. 2016;129:79–85.
Kula P, Kaczmarek L, Zawadzki P, Kolodziejczyk L, et al. Functionality of graphene as a result of its heterogenic growth on SiC nanoparticles on the basis of reversible hydrogen storage. Int J Hydrogen Energy. 2014;39(34):19662–71.
Kula P, Pietrasik R, Kazimierski D, Atraszkiewicz R, Dybowski K, Szymański W, et al. Resistance-temperature characteristics of CVD and high strength metallurgical graphene. Int J Nanotechnol. 2017;14(1/2/3/4/5/6):191–203.
Kula P, Szymanski W, Kolodziejczyk L, Atraszkiewicz R, Dybowski K, Grabarczyk J, et al. High strength metallurgical graphene—mechanisms of growth and properties. Arch Metall Mater. 2015;60(4):2535–41.
Ferrari AC. Raman spectroscopy of graphene and graphite: disorder, electron–phonon coupling, doping and nonadiabatic effects. Solid State Commun. 2007;143(1–2):47–57.
Pirkle A, Chan J, Venugopal A, Hinojos D, Magnuson CW, McDonnell S, et al. The effect of chemical residues on the physical and electrical properties of chemical vapor deposited graphene transferred to SiO2. Appl Phys Lett. 2011;99(12):122108.
Sachs R, Lin Z, Odenthal P, Kawakami R, Shi J. Direct comparison of graphene devices before and after transfer to different substrates. Appl Phys Lett. 2014;104:033103. https://doi.org/10.1063/1.4862063.
Huang L-W, Chang C-K, Chien F-C, Chen K-H, Chen P, Chen F-R, et al. Characterization of the cleaning process on a transferred graphene. J Vac Sci Technol A. 2014;32:050601. https://doi.org/10.1116/1.4886735.
Xu J, Wang Q, Tao Z, Qi Z, Zhai Y, Wu S, et al. Field emission of wet transferred suspended graphene fabricated on interdigitated electrodes. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8:3295–300.
Du J, Cheng H-M. The fabrication, properties, and uses of graphene/polymer composites. Macromol Chem Phys. 2012;213:1060–77.
Xiao X, Xie T, Chengb Y-T. Self-healable graphene polymer composites. J Mater Chem. 2010;20:3508–14.
Darby MI, Kanellopoulos VN. Theory of fibre buckling in carbon-fibre reinforced plastics. J Phys D Appl Phys. 1987;20:298.
Young RJ, Liu M, Kinloch IA, Li S, Zhao X, Vallés C, Papageorgiou DG. The mechanics of reinforcement of polymers by graphene nanoplatelets. Compos Sci Technol. 2018;154:110–6.
Mittal G, Dhand V, Rhee KY, Park S-J, Lee WR. A review on carbon nanotubes and graphene as fillers in reinforced polymer nanocomposites. J Ind Eng Chem. 2015;21:11–25.
Ovidko IA. Enhanced mechanical properties of polymer-matrix nanocomposites reinforced by graphene inclusions: a review. Rev Adv Mater Sci. 2013;34:19–25.