محققان دانشگاه صنعتی سهند تبریز تلاش کردند با استفاده از یک روش جدید موسوم به کپسول سازی گرافنی، توزیع یکنواخت نانوذرات در زمینه‌ی نانوکامپوزیتهای آلومینیومی را بهبود بخشند. این موضوع باعث می‌شود تا نانوکامپوزیت تولید شده خواص مکانیکی، حرارتی و خوردگی بسیار بهتری را از خود به نمایش بگذارد.
نانوذرات به کمک کپسول‌های گرافنی بهتر شنا می‌کنند!
کامپوزیت به موادی اطلاق می‌شود که از دو یا چند جز تشکیل شده باشند. کامپوزیت‌ها با هدف بهره‌گیری هم‌زمان از خواص اجزای تشکیل‌دهنده‌ی آن‌ها ساخته می‌شوند. کامپوزیت‌ها معمولاً دارای یک فاز زمینه و یک یا چند فاز پراکنده هستند. این نوع مواد بر حسب نوع زمینه‌ی آن‌ها به چند گروه تقسیم‌بندی می‌شوند. از مهم‌ترین نوع کامپوزیت‌ها، کامپوزیت‌های زمینه فلزی است. فرایند ساخت کامپوزیت‌ها می‌تواند متفاوت باشد که هر کدام از آن‌ها مشکلات خاص خود را دارد.
علیرضا فدوی بوستانی مشکل اصلی تولید کامپوزیت‌های زمینه فلزی را عدم توزیع یکنواخت ذرات تقویت‌کننده در زمینه‌ی فلزی دانست و افزود: «در طرح حاضر به‌منظور رفع مشکل عدم توزیع یکنواخت نانوذرات کاربید سیلیسیوم در زمینه‌ی آلومینیوم، از رویکرد کپسول سازی گرافنی استفاده شده است.»
وی ادامه داد: «با استفاده از روش کپسول سازی گرافنی، توانستیم به یک ماده‌ی نانوکامپوزیتی که هم‌زمان از خواص مکانیکی و حرارتی خوبی برخوردار است، دست پیدا کنیم. دارا بودن هم‌زمان این دو خاصیت موجب می‌شود کارایی قطعاتی که با هدف مقابله با شوک حرارتی ساخته می‌شوند، افزایش یابد.»
آگلومره شدن یا بهم چسبیدن نانوذرات یکی از مشکلاتی است که حین تولید نانوکامپوزیت ها اتفاق می‌افتد. این موضوع به‌طور مستقیم به نیروهای سطحی نانوذرات وابسته است. بنابراین با تغییر نیروهای سطحی نانوذرات می‌توان بر این مشکل غلبه کرد. در پژوهش حاضر به‌منظور جلوگیری از چسبندگی نانوذرات به یکدیگر، نانوذرات به‌وسیله‌ی گرافن پوشش دهی شده‌اند. بنابراین برهمکنش نانوذرات با یکدیگر و متعاقب آن آگلومره شدن به‌طور چشمگیری کاهش یافته است. ساختار نهایی نانوکامپوزیت یک ساختار دوفازی دربرگیرنده‌ی میکرو/نانودانه ها بوده است.
وی در خصوص بررسی‌های صورت گرفته در این طرح گفت: «در پژوهش حاضر، اثر غلاف گرافنی پوشش‌دهنده‌ی ذرات بر توزیع ذرات کاربید سیلیسیوم در زمینه‌ی آلومینیوم به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور ورود نانوذرات در زمینه‌ی فلزی از روشهای حالت ذوبی و جامد استفاده شده است. خواص مکانیکی، حرارتی و خوردگی نانوکامپوزیت حاصله مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج حاصل‌شده از نانوکامپوزیت های معمولی و نانوکامپوزیت های اصلاح‌شده باهم مقایسه شده‌اند.»
نتایج حاکی از آن است که ایجاد ساختار دوفازی ناشی از روش کپسول سازی گرافنی موجب افزایش ۱۸۱ درصدی استحکام تسلیم و ۲۴۳ درصدی افزایش طول قبل از شکست نسبت به نانوکامپوزیت های معمولی شده است. همچنین هدایت حرارتی و مقاومت به خوردگی نانوکامپوزیت حاصل به میزان زیادی بهبود یافته است.
این تحقیقات حاصل تلاش‌های مهندس علیرضا فدوی بوستانی – دانشجوی مقطع دکترای دانشگاه صنعتی سهند تبریز، پروفسور ساسان یزدانی و پروفسور رسول آذری خسروشاهی- اعضای هیأت علمی این دانشگاه است. محققانی از دانشگاه‌های استرالیا، چین و کانادا در این تحقیق همکاری داشته‌اند. نتایج این کار در مجله‌ی Scripta Materialia با ضریب تأثیر ۳٫۷۴۷ (جلد ۱۱۸، سال ۲۰۱۶، صفحات ۶۵ تا ۶۹) منتشر شده است.
