МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СКОМКАННОГО ГРАФЕНА: АТОМИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Автор: Юлия Айдаровна Баимова
Организация: Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа
Рис. Процесс получения композита на основе скомканного графена и наночастиц металла [1].
В настоящее время разработка новых композитных материалов с улучшенными физическими и механическими свойствами представляет большой интерес для различных областей промышленности. Композиты на основе графеновой матрицы и металла в настоящее время активно исследуются как экспериментально, так и теоретически [1, 2]. Так, например, графен и структуры на его основе рассматриваются как перспективные носители для металлических наночастиц, которые одновременно могут являться катализаторами при создании функциональных композитов. Сочетание высокой удельной поверхности графеновой составляющей, высокой теплопроводности и прочности графена при высокой каталитической активности наноразмерных металлических частиц, позволяет получать композиты графен/металл, демонстрирующие широкий спектр свойств - от высокоактивных катализаторов, сверхпрочных покрытий, до компонент новой электроники и суперконденсаторов. Аналогичный подход можно применять с точки зрения их использования для хранения водорода, поскольку наночастицы металла являются центрами накопления водорода в таких материалах.
В качестве матрицы для композита выбран скомканный графен, состоящий из свернутых чешуек графена, связанных между собой силами Ван-дер-Ваальса. Поры данной рыхлой структуры заполняются наночастицами металла (Al, Ni, Cu, Ti) сферической формы. Для получения композита, начальная структура выдерживается при комнатной температуре. Далее путем приложения гидростатического сжатия убираются большие пустоты между единичными элементами будущего композита и приводятся к одинаковому размеру. Затем структуры подвергаются гидростатическому сжатию при повышенной температуре до максимально возможных плотностей. После того как была проведена деформационно-термическая обработка при разных температурах, исследуются механические свойства полученных материалов.
В работе показано, что важное влияние на формирование композита оказывает температура гидростатического сжатия. Получены композиты, обладающие высокой прочностью и пластичностью. Критическое влияние на прочность оказывает энергия взаимодействия между металлом и графеном, а также размер наночастиц металла.
1. Safina L.R., Baimova J.A., Krylova K.A. Molecular dynamics study of the mechanical properties and deformation behavior of graphene/metal composites // Materials Today Physics. 2022. V. 28. P. 100851.
2. Safina L.R., Rozhnova E.A., Murzaev R.T., Baimova J.A. Effect of Interatomic Potential on Simulation of Fracture Behavior of Cu/Graphene Composite: A Molecular Dynamics Study // Appl. Sci. 2023. Vol. 13. №2. P. 916.
