Fabricação de em

Scientific Reports volume 6, Número do artigo: 19363 (2016) Citar este artigo

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Compósitos de grafeno/Cu foram fabricados por meio de uma abordagem de crescimento in-situ de grafeno, que envolveu moagem de pós de Cu com PMMA como fonte de carbono sólido, crescimento in-situ de grafeno em pós de cobre escamosos e sinterização a vácuo por prensagem a quente. Os resultados da caracterização SEM e TEM indicaram que o grafeno crescido in-situ sobre pós de Cu garantiu uma dispersão homogênea e uma boa combinação entre o grafeno e a matriz de Cu, bem como a estrutura intacta do grafeno, o que foi benéfico para seu efeito de fortalecimento. O limite de elasticidade de 244 MPa e resistência à tração de 274 MPa foram alcançados no compósito com 0,95% em peso de grafeno, que foram separadamente 177% e 27,4% de aumento em relação ao Cu puro. O efeito de fortalecimento do grafeno cultivado in-situ na matriz contribuiu para o fortalecimento da transferência de carga e deslocamento.

A estrutura única contendo poucas camadas de átomos de carbono hibridizados sp21 em uma rede hexagonal confere ao grafeno propriedades mecânicas e funcionais superiores, como resistência mecânica incomparável e módulo de Young, condutividade térmica extremamente alta e mobilidade do portador de carga2,3,4,5. Assim, os compósitos de matriz metálica (MMCs) reforçados com grafeno têm chamado muito a atenção nos últimos anos, pois apresentam grande potencial de obtenção de alto desempenho para atender aos requisitos de alta resistência, boa tenacidade e leveza6,7,8,9 ,10,11. No entanto, átomos pendurados nas bordas do grafeno tornam o grafeno instável e extremamente propenso a se aglomerar ou mesmo se reagrupar para formar finas folhas de carbono ou grafite via força de van der Waals e reação π − π12, resultando em grandes dificuldades na fabricação de MMCs.

Até agora, o grafeno usado para fabricar MMCs é todo adicionado ex-situ à matriz metálica. A maioria das pesquisas se concentrou na combinação de pós metálicos com óxido de grafite reduzido (RGO) e nanoplaquetas de grafeno (GNP) por meio de integração química ou integração mecânica para obter uma dispersão desejável de grafeno dentro da matriz metálica. Para o método de integração química, a adsorção eletrostática entre íons de Al hidrolisados ​​e óxido de grafite (GO) de carga negativa foi empregada para alcançar a dispersão desejada de GO em pós de Al13. Jaewon Hwang et al.14 sintetizaram pós compostos de RGO/Cu misturando GO com solução de Cu(CH3COO)2 e posterior redução. No entanto, a redução incompleta de GO e a reunião de RGO no processo de redução podem influenciar o efeito de reforço do grafeno. Por outro lado, a integração mecânica através da moagem mecânica de pós metálicos e grafeno é amplamente utilizada para obter uma dispersão uniforme de grafeno dentro de uma matriz metálica. Por exemplo, Li et al.15 adicionaram RGO em pós de Al e realizaram a combinação entre RGO e pós de Al através da criomisificação. Uma alta dispersão de grafeno em uma matriz metálica é obtida através da moagem de bolas de GNP com pós metálicos, durante o qual o GNP foi removido e disperso dentro da matriz16,17. A moagem de bolas é um método fácil e praticável, mas introduz inevitavelmente muitos defeitos no grafeno, o que também é prejudicial para seu efeito de fortalecimento5,6,7,14. Portanto, embora numerosos trabalhos tenham demonstrado que os MMCs poderiam ser reforçados com a adição de grafeno, as deficiências dos métodos convencionais usando RGO ou GNP como reforços diretamente adicionados à matriz metálica limitaram o progresso da pesquisa17,18,19. Portanto, é de grande valia fabricar MMCs reforçados com grafeno cultivado in situ em trabalhos futuros nesta área.

Compósitos com matriz de Cu exibem uma ampla gama de aplicações em diferentes áreas, como automóveis, microeletrônica e assim por diante20. Reforços tradicionais usados ​​para fabricar compósitos de matriz de Cu, como óxidos e nanopartículas de carboneto, resultam em melhoria significativa nas propriedades mecânicas do Cu21. No entanto, a baixa condutividade elétrica e térmica desses reforços os torna inadequados para aplicações eletrônicas. Assim, o grafeno com estrutura intacta como reforço para compósitos de Cu é de grande potencial para fabricar um compósito de matriz de Cu desejável. Recentemente, Wang et al.22 realizaram PMMA uniformemente revestido nas superfícies de pós metálicos com a ajuda de álcool polivinílico (PVA) como aglutinante e posteriormente obtiveram grafeno cultivado in situ dentro da matriz metálica. Além disso, o grafeno monocamada in-situ crescido na matriz de Cu foi obtido pela catálise de PMMA revestido em folhas de Cu4. Assim, o grafeno cultivado in-situ dentro de uma matriz de Cu fornece diretamente uma boa abordagem para superar os gargalos causados ​​pela integração química e integração mecânica e para alcançar uma boa dispersão de grafeno dentro de uma matriz de Cu.