• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

Grafeen tugevamate ja purunemiskindlamate materjalide valmistamisel süsinik-nanotorudest etem

6.05.2010 by Stiina Kristal Leave a Comment

Kolm hiljutist Rensselaeri Polütehnilises Instituudis tehtud uurimustööd näitavad miks on grafeen praegustest nanomaterjalidest just parim materjal tugevdamaks sulameid kõiges: alates tuuleturbiinidest kuni lennukite tiibadeni välja.

Uue uurimustöö kohaselt on grafeen süsinik-nanotorudest ja muudest nanoosakestest epoksüüd-komposiitmaterjalide tugevuse ning mehaaniliste omaduste parandamiseks parim. Pildil grafeenlehekesed, mille Koratkari töögrupp eraldas grafiiditükilt.

Grafeeni sisaldavad metallisulamid on võrreldes süsinik-nanotorusid või muid nanoosakesi sisaldavatest sulamitest tugevamad, jäigemad ning vähem altid murduma. See tähendab et grafeeni võimaldaks luua nanokomposiitmaterjalide järgmise generatsiooni.

,,Ma olen töötanud nanokomposiitmaterjalidega ligi 10 aastat ning materjali mehaaniliste omaduste seisukohast on grafeen parim valik,” sõnas Nikhil Koratkar, üks uurimuse läbiviijaid. ,,Kandes oma erakordse tugevuse ning mehaanilised omadused üle antud materjali ületab grafeen kaugelt süsinik-nanotorude või muude kasutatavate nano-täitematerjalide eelised.”

Koratkari uurimustööde artiklid ilmusid ajakirjades Small, ACS Nano ning Applied Physical Letters.

Kõrgtehnoloogilisi komposiitmaterjale kasutatakse üha enam võtmekomponendina tuuleveskite labade, lennukite ning kõige muu valmistamisel, kus tähtis on materjalide kergus ning tugevus. Epoksüüd-komposiitmaterjalid on erakordselt kerged, kuid samas ka kergeltpurunevad ning haprad. Koratkar koos kolleegidega pani sellistesse materjalidesse grafeeni tükke või lehekesi. Iga selline kogum on vaid mõne nanomeetri paksune. Samuti panid teadlased epoksüüd-komposiitmaterjalidesse süsinik-nanotorusid.

Grafeeni sisaldavad materjalid andsid aga kõvasti paremaid tulemusi. Lisades grafeeni vaid o,1%  suuruses koguse materjali kaalust suurendas materjali tugevust ning jäikust sama palju kui seda oleks teinud süsinik-nanotortude lisamine 1% suuruses koguses. Samuti tõstis grafeeni lisamine komposiiti selle vastupanuvõimet materjali väsimusest tekkivate pragude levikule tavalisega võrreldes kaks korda.

Kuigi grafeen ning süsinik-nanotorud on oma keemilise koostise ning mehaaniliste omaduste poolest peaaegu identsed on grafeen oma omaduste materjalile ülekandmise võime poolest kordades parem.

,,Nanotorud on erakordselt tugevad, kuid nende mehaanilised omadused on kasutud kui need ei kandu üle komposiitmaterjalile,” seletas Koratkar. ,,Ahel on vaid nii tugev kui tugev on selle nõrgim lüli. Ning kui see lüli on nanotoru ning polümeeri vahel, siis see määrabki materjali üleüldised mehaanilised omadused. Ei loe kui tugevad või jäigad antud nanotorud on, kui ühendus polümeeriga on nõrk siis annab see kergesti järele.”

Koratkari sõnul on grafeenil süsinik-nanotorude ees 3 eelist. Esiteks grafeeni krobeline ja kortsuline pind, mida põhjustab pinnadefektide suur hulk. Need defektid tekivad Rensselaeri teadlaste kasutatud soojusliku kihtkoorumismeetodi tõttu, mida on vaja grafiidist suuremas koguses grafeeni eraldamisel. Need ‘kortsulised’ pinnad sidestuvad erakordselt hästi seda ümbritseva polümeeri pinnaga, mis aitab suurendada pindadevahelise kandevõime ühtlast jagunemist.

Teiseks eeliseks on grafeeni pindmine kiht. Õhukese plaadina on grafeen võrreldes süsinik-nanotorudega polümeermaterjaliga palju suuremas kontaktis. Seda seetõttu et polümeeri ahelad ei suuda nanotorude sisemusse tungida, kuid nii grafeenplaadi pealmine kui ka alumine külg on polümeermaterjaliga tihedas kontaktis.

Kolmandaks eeliseks on geomeetria. Kui mikromõrad komposiitmaterjalides jõuavad kahedimensionaalse grafeenlehekeseni siis nende trajektoor kõverdub või on need sunnitud kalduma ning ümber plaadi minema. See protsess aitab mõra tekke põhjustanud energial neelduda. Võrreldes süsinik-nanotorudega on see omadus kahedimensionaalsetel plaadikestel palju efektiivsem.

Atmosfääri- ja kosmose- ning tuuleenergiatööstused otsivad pidevalt uusi materjale tugevamate ja vastupidavamate rootorite ning tuuleturbiinide labade valmistamiseks. Grafeen on selleks paljutõotav materjal sest seda saab valmistada grafiidist, mis on suurtes kogustes ja mitte eriti kalli hinnaga saadaval, mistõttu grafeeni masstootmine saaks olema palju vähem kulukas kui näiteks nanotorude valmistamine.

Artiklite kaasautoriteks olid Mohammed A. Rafiee, Javad Rafiee, Iti Srivastava ning professor Zhong-Zhen Yu uurimisgrupp Pekingi Keemiatehnoloogia Ülikoolist.

Allikas

Lisaks:

Teadusartikkel 1 “Enhanced Mechanical Properties of Nanocomposites at Low Graphene Content”

Teadusartikkel 2 “Fracture and Fatigue in Graphene Nanocomposites”

Teadusartikkel 3 “Buckling Resistant Graphene Nanocomposites”

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Grafeenipõhise fotoelemendi uus efektiivsusrekord
  2. Topoloogilised isolaatorid pakuvad toatemperatuursele spintroonikale uusi arenguteid
  3. Uut tüüpi grafeenipõhine patarei
  4. Valmistati juhitava töörežiimiga grafeentransistor
  5. Mullid teevad liitium-õhk akude alal rekordeid
  6. Grafeeni valmistamine madalal temperatuuril
  7. Tugevad sidemed haruldaste muldmetallide ja grafeeni vahel
  8. Terahertsise sagedusega leviva kiirguse ohjamine grafeeni abil
  9. Isejoonduvate grafeenitransistoride ja vooluahelate valmistamine areneb
  10. Grafeen: milleks on konarused kasulikud

Filed Under: Rakenduslik teadus, Teadusuudised Tagged With: Grafeen&Grafaan

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. }
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... }
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? }
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? }

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2021 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in