دانشگاه آزاد اسالمی

واحد ساوه

 استاد :

جناب آقای دکتر خادم

 موضوع :

نانو كامپوزيت آلومينيوم - گرافن

تهيه و تنظيم :

سیدحمید دانشمند

91پاييز 

نانو :

ان-دازه ی-ا خ-ارجی ابع-اد ک-ه هس-تند م-واد از ای دس-ته م-واد نانو ن-انو م-تر 100فازه-ای تش-کیل دهن-ده آن ح-داقل در ی-ک بع-د کم-تر از

باش-د.هر چن-د ک-ه بس-یاری از خ-واص منحص-ر ب-ه ف-رد ن-انو م-واد در ن-انومتر ب-روز میکن-د.با این تعری-ف ن-انو م-واد را 50ابع-اد کم-تر از

می توان به گروه های زیر تقسیم نمود:

نانو ذره

نانو الیه ها

نانولوله ها و نانو میله ها

نانو کریستال ها

نانو کامپوزیت ها

خواص مواد نانو ساختار :

.افزايش ضريب نفوذ

.افزايش استحكام ، چقرمگي و سختي

.افزايش ضريب انبساط حرارتي

.كاهش هدايت حرارتي و الكتريكي

كاهش چگالي.

نانو کامپوزیت ها :

ج-زء چن-د ي-ا دو از ك-ه اطالق مي ش-ود اي م-اده ب-ه كامپوزيت مقي--اس در اج--زا اين ك--ه ط--وري ب--ه اس--ت ش--ده تش--كيل ماكروس-كوپي ب-ا هم خصوص-يتي را ايج-اد كنن-د ك-ه ب-ه تنه-ايي در هيچ ي-ك از آن اج-زا موج-ود نباش-د. در ص-ورتي ك-ه ح-داقل ابع-اد يكي از ق-رار ن-انومتري مقي-اس در ك-امپوزيت در دهن-ده تش-كيل اج-زاي

گيرد، به چنين ماده اي واژه نانو كامپوزيت اطالق مي شود. گ-روه س-ه ب-ه ن-يز ه-ا نانوك-امپوزيت ك-امپوزيتي، م-واد مش-ابه

نانوك-امپوزيت ه-اي زمين-ه فل-زي، زمين-ه پليم-ري و زمين-ه س-راميكي دسته بندي مي شوند.

زمين-ه ه-اي ك-امپوزيت تولي-د ه-اي روش ت-رين مت-داول از يكي فلزي ،آلياژسازي مكانيكي مي باشد.

آلیاژ سازی مکانیکی :

(روش آلی--اژ س--ازی مک--انیکیMA اولين بارتوس--ط بني--امين و )همك-ارانش در اواخ-ر ده-ه شص-ت ق-رن بيس-تم ميالدي مع-رفي ش-د. روش آلی-اژ س-ازی مک-انیکی ب-ه منظ-ور تولی-د س-وپر آلی-اژ ه-ای پای-ه نیک-ل و آهن ب-ا توزی-ع ف-از س-رامیکی در آن ب-ه منظ-ور ک-اربرد در

صنایع هوافضا توسعه یافت.

طي اين فراين-د، ذرات پ-ودري خ-ام در ان-دازه چن-د ميك-رون تحتي-ك تغي-ير ش-كل پالس-تيكي ش-ديد ق-رار مي گيرن-د و پيوس-ته متحم-ل

جوش سرد و شكست مي شوند.

در اس))تفاده م))ورد ه))ای آس))یاب ان))واع آلیاژسازی مکانیکی :

.آسیاب گلوله ای ماهواره اي

.آسیای گلوله ای ارتعاشی

.)آسیاب گلوله ای شافتی)سایشي

.آسیاب گلوله ای غلتشی

.آسیاب گلوله ای مغناطیسی

آسیاب گلوله ای ماهواره اي :

ب-رای آس-یاب ن-وع مت-داولترین اي م-اهواره ه-ای گلول-ه آس-یاب ک-اربرد در روش آلیاژس-ازی مک-انیکی می باش-د ک-ه در آن تنه-ا چن-د ص-د گ-رم پ-ودر در ی-ک مرحل-ه آس-یاب می ش-وند و ب-رای تحقیق-ات

آزمایشگاهی مناسب است. ی-ک ی-ا و چه-ار،دو هم-راه ب-ه دوار ص-فحه ی-ک ش-امل آس-یاب

محفظ-ه اس-ت.در این آس-یاب ص-فحه دوار در ی-ک جهت چرخی-ده و ص-فحه ح-رکت خالف جهت در مک-انیزمی اس-اس ب-ر محفظ-ه

دوار،حرکت دورانی انجام می دهد. .اين آس-ياب از ان-رژي ب-االيي برخ-وردار مي باش-د

آسیاب گلوله ای ارتعاشی :

يكي ديگ-ر از آس-ياب ه-اي رايج در مقي-اس آزمايش-گاهي آس-ياب ه-ايا-ز آس-ياب -ه-ا چن-د گل-ول-ه ن-وع اين باش-ند. -در ارتعاش-ي مي- گ-لول-ه اي- داخ-ل- محف-ظ-ه آس-يا-ب ج-ا-ي مي- -گيرن-د و- مح-فظ-ه- ك-ه ب-ر -ر-وي- -ي-ك ب-ازو

محكم شده است با فركانس باال ارتعاش مي كند. گ-رم پ-ودر 20 ت-ا 10اين ن-وع آس-ياب در ه-ر ب-ار ق-ادر ب-ه آس-ياب ك-ردن

م-ي باش-د. يك-ي از ان-واع م-ت-داول - آس-ياب -گلول-ه اي -ارتعاش-ي، آس-ياب ا-س-ت. - - - SPEXه-ا-ي لر-ز-ش-ي ب-ا ن-ام- -تج-ا-ري -

آسیاب گلوله ای شافتی)سایشي( :

اين آس-ياب داراي ي-ك محفظ-ه اس-توانه اي و تع-داد زي-اد گلول-هبوده و ظرفيت توليد بااليي نيز دارند.

در آس-ياب ه-اي گلول-ه اي ش-افتي محفظ-ه آس-ياب ث-ابت اس-ت و ي-ك ب-ر روي ثانوي-ه ك-ه ب-ازوي تع-دادي ح-ركت گلول-ه ه-ا توس-ط

محور عمودي نسب شده اند صورت مي گيرند. ب-ه دلي-ل ع-دم دوران محفظ-ه اي آس-ياب كن-ترل درج-ه ح-رارت ب-ه

ب-ه محفظ-ه ج-داره دو بين فاص-له در س-يال ي-ك عب-ور وس-يله اينگون-ه آس-ياب ه-ا بن-دي اج-را اس-ت، وليكن آب قاب-ل س-هولت ب-راي انج-ام عملي-ات آلي-اژ س-ازي مك-انيكي تحت ش-رايط خال و ي-ا

اتمسفر خنثي مشكل است.

آسیاب غلتشی :

تع-داد زي-ادي از ي-ك محفظ-ه اس-توانه اي ح-اوي اين آس-ياب ه-ا گلول-ه تش-كيل ش-ده اس-ت. محفظ-ه ب-ه ص-ورت افقي ب-ر روي دو

غلتك قرار گرفته و توسط آنها دوران مي كند. گلول-ه ه-اي آس-ياب ب-ر اث-ر ن-يروي گري-ز از مرك-ز ت-ا مس-افتي ب-ه

دي-واره آس-ياب چس-بيده و ب-اال مي رون-د. س-پس در ارتف-اع مش-خص ب-ا غلب-ه ن-يروي جاذب-ه ب-ر ن-يروي گري-ز از مرك-ز ب-ه پ-ايين س-قوط مي

كنند. ب-ا اف-زايش س-رعت چ-رخش محفظ-ه س-رعت آس-ياب ك-اري ن-يز

زي-اد مي ش-ود،ام-ا چنانچ-ه س-رعت دوران محفظ-ه از ي-ك س-رعت بح-راني بيش-تر ش-ود ن-يروي گري-ز از مرك-ز ب-ر ن-يروي جاذب-ه غلب-ه ك-رده و گلول-ه ه-ا ب-ه ج-داره محفظ-ه چس-بيده و س-قوط نمي كنن-د.

آسیاب گلوله ای مغناطیسی :

نامی-ده می ش-وند و uni-Ballاین ن-وع آس-یاب ه-ا ک-ه ب-ا ن-ام تج-اری عملک-ردی مش-ابه ب-ا آس-یاب ه-ای غلتش-ی دارن-د ب-ا این تف-اوت ک-ه مغناطیس-ی می-دان ی-ک مغناطیس-ی ای گلول-ه ه-ای آس-یاب در ج-ایگزین ن-یروی جاذب-ه ش-ده اس-ت.این ن-وع آس-یاب ه-ا ب-رای ک-اربرد

گ-رم 100ه-ای آزمایش-گاهی مفی-د می باش-د و در ه-ر مرحل-ه ت-ا پ-ودر را اس-یاب می کند.تص-وير این اس-یاب ب-ه ص-ورت ش-ماتیک در

شکل زيرنشان داده شده است.

عومل موثر بر فرایند آلیاژسازی مکانیکی :

نوع آسیاب

سرعت آسیاب کاری

زمان آسیاب کاری

جنس،ابعاد و نحوه توزیع گلوله ها

نسبت وزنی گلوله به پودر

میزان پر شدن محفظه

اتمسفر آسیاب کاری

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی :

س-ایر ب-ا مقایس-ه در پ-ایین دانس-یته و کم قیمت ب-ا آلومی-نیوم آلیاژه-ای س-بک مث-ل من-یزیم و تیت-انیوم،بیش-ترین اس-تفاده ب-ه عن-وان داده اختص-اص ب-ه خ-ود را زمین-ه در ک-امپوزیت ه-ای زمین-ه فل-زی اس-ت.همچنین آلیاژه-ای آلومی-نیوم ب-ه واس-طه ک-اربرد گس-ترده ای ک-ه در ص-نایع مختل-ف،از ص-نایع خ-ودرو و ه-وا فض-ا ت-ا وس-ایل تف-ریحی از مناس-بی تلفی-ق ت-وان می و ان-د ش-ده ش-ناخته دارن-د،ک-امال اس-تحکام ،انعط-اف پ-ذیری و مق-اومت ب-ه خ-وردگی را دراین آلیاژه-ا

. بدست اورد

گرافن :

ك-ربن در ط-بيعت س-اختارهاي مختلفي دارد. الم-اس و گ-رافيت از

ساختار هاي معروف آن هستند.

در الم-اس ه-ر اتم ك-ربن ب-ا چه-ار اتم ديگ-ر پيون-د برق-رار ك-رده اس-ت

و اين ماده بعنوان سخت ترين ماده جهان شناخته شده است.

در گ-رافيت اتم ه-اي ك-ربن در الي-ه ه-اي مج-زايي ب-ا هم پيون-د برق-رار

ك-رده ان-د. اين الي-ه ه-اي روي هم ق-رار گرفت-ه و ب-ا پيون-د ض-عيفي ب-ه

هم -متص-ل ش-ده- ان-د ك-ه ه-ر ك-دام از -الي-ه ه-اي -موج-ود -درگ-رافيت ر-ا

گرافن مي نامند.

حاالت مختلف كربن : فلورين ها ، نانو لوله هاي .كربني و گرافيت

خواص گرافن :برخي از

كمتر از چگالی g/ 1.

،مدول يانگ بااليي در حدود گرافن ازمدول يانگ Gpa1100

برخوردار مي باشد.

وات بر متر درجه کلوین5000باال در حدود رسانایی گرمایی .

باال.رسانایی الکتریکی

ساخت نانو كامپوزيت آلومينيوم – گرافن به روش آلياژ سازي مكانيكي :

-آلومي-نيوم خ-الص، آلومي-نيوم ش-امل نمون-ه س-ه پ-روژه اين در گرافن و آلومينيوم-نانولوله هاي كربني ساخته شده است.

ذره ان-دازه ب-ا آلومي-نيوم پ-ودر از پ-روژه اين ميكروم-تر 22در استفاده شده است.

(گ-رافن پ-ودر آلومي-نيوم-0/1مخل-وط وزني(-آلومي-نيوم، درص-د ( كرب-ني ه-اي و 1نانولول-ه آلومي-نيوم وزني(- درص-د

آلومي-نيوم خ-الص در ي-ك آس-ياب گلول-ه ای ش-افتی)سایش-ي( تحت ساعت آسياب شده است.1گاز آرگون به مدت

( بعن-وان كن-ترل كنن-ده فرآين-د 2از اس-يد اس-تئاريك )درص-د وزني (PCA ).در اين پروژه مورد استفاده قرارگرفته است و فش-ار 375℃مخل-وط پ-ودر ه-اي تهي-ه ش-ده در دم-اي ksi65

دقيقه تحت پرس ايزواستاتيك داغ قرارگرفته است.20بمدت ℃ دم-اي در ه-ا نمون-ه فش-ار 550سپس و ton 50 بم-دت 4

ب-ه بيلت ه-ايي و ق-رار گرفت-ه اكس-تروژن س-اعت تحت عملي-ات از آنها تهيه شده است. mm20قطر

نتايج بدست آمده از سختی ویکرز:

نمونه شرایط تولید سختی ویکرزAl pure As-pressed 9±83Al pure As-extruded 7±96

Al-1wt%MWNT As-pressed 4±102Al-1wt%MWNT As-extruded 1±102

Al-0.1wt%graphene As-pressed 5±99Al-0.1wt%graphene As-extruded 5±84

نتايج بدست آمده از استحکام کششی:

)a( Ultimate tensile strengths of pure Al, Al–1 wt% MWNT, and Al–0.1 wt%graphene and )b( strain-to-failure.

تفرق اشعه ایکس نانوکامپوزیت آلومینیوم/گرافن

X-ray diffraction of pure aluminum, Al–1.0 wt% MWNT composite, andAl–0.1 wt% graphene composite after extrusion.

از س-اختار نانوک-امپوزیت آلومی-نیوم/گ-رافن و آن-الیز رام-ان جهت ( TEMتص-ویر )شناسایی گرافن در ساختار نانوکامپوزیت آلومینیوم/گرافن

FIG. 3. )A) TRANSMISSION ELECTRON MICROGRAPH OF GRAPHENE PLATELET SHOWING THE WRINKLED MORPHOLOGY. INSET SHOWS THE SELECTED AREA DIFFRACTION PATTERN )SADP) OF THE HEXAGONAL GRAPHENE CELL. )B) FOR RAMAN ANALYSIS, THE GRAPHENE PLATELETS WERE DEPOSITED ON SILICON WAFERS IN POWDER FORM WITHOUT USING ANY SOLVENT. RAMAN SPECTRA OF THE SAMPLES WERE MEASURED USING A MICRO-SPECTROMETER USING AN EXCITATION WAVELENGTH OF 785 NM. THE RAMAN G, D AND 2D BAND PEAKS ARE OBSERVED ∼AT 1578 CM−1, 1321 CM−1 AND 2671 CM−1, RESPECTIVELY. NOTE THAT THE D BAND PEAK IS ∼ ∼ ∼HIGHER IN INTENSITY THAN THE G BAND AND BOTH PEAKS ARE SIGNIFICANTLY BROADENED WHICH SUGGESTS A HIGH DENSITY OF DEFECTS IN THE GRAPHENE PLATELETS.

Optical micrographs of extruded Al–1 wt% MWNT, Al–0.1 wt% graphene, and pure Al.

تحليل و بررسي :

هم-انطور ك-ه در نموداره-ا و ج-دول مش-اهده ش-د اس-تفاده از گ-رافن بعن-وان ف-از تق-ويت كنن-ده در ن-انو ك-امپوزيت آلومي-نيوم-گرافن ب-اعث ك-اهش خ-واص اين ن-انو ك-امپوزيت ش-ده اس-ت ك-ه مي توان-د از دالي-ل

مختلفي ناشي شود :- بدست نياوردن ميزان بهينه درصد گرافن.1 - بوج-ود آم-دن كاربي-د آلومي-نيوم در نمون-ه ه-ا ك-ه مي توان-د ناش-ي از 2

کیفیت پایین گرافن باشد.