بررسی مکانیزم توزیع نانوتیوب های کربن در زمینه آلومینیم طی فرآیند ساخت نانوکامپوزیت Al-CNT به روش تر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استاد دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشیار دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این تحقیق به منظور حفظ نانوتیوب های کربن، از روش تر برای ساخت نانو کامپوزیت Al-CNT استفاده شده است. بدین منظور پس از عامل نشانی کربوکسیل روی نانوتیوب ها و استفاده از پوشش پلمیری PVA روی پودر آلومینیم، فرآیند اختلاط در محیط آبی با افزودن سورفکتانت SDS و نیز اسید نیتریک رقیق برای کنترل PH انجام گرفت. بر این اساس، تشکیل پیوند هیدروژنی بین عوامل سطحی هر یک از اجزاء و نیز قطبیت لحظه ای ایجاد شده ناشی از سورفکتانت و هیدرولیز اسید، موجب پایداری سوسپانسیون در مقدار 5=PH شده و در نهایت پودر کامپوزیت محصول بدون اعمال هیچ گونه نیروی خارجی و یا تنش فیزیکی و صرفاً از طریق واکنش شیمیایی در انتهای بشر ته نشین گردید. آنالیز شیمیایی مواد اولیه در هر مرحله توسط      آزمایش های IR و Raman و ریزساختار مواد اولیه و نانوکامپوزیت نهایی به ترتیب توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی با تفنگ انتشار میدانی (FE-SEM) مطالعه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation on the dispersion mechanism of carbon nanotubes in Al matrix during processing of Al-CNT nanocomposite using slurry based method

نویسندگان [English]

  • Farshid Rikhtegar 1
  • Saeed Shabestari 2
  • Hasan Saghafian 3
2 Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

In this paper, the slurry based method has been used to produce the Al-CNT nanocomposite accompanying the suitable protection of CNTs. For this purpose, the carboxyl functionalized CNTs and Al@PVA powder were mixed in water environment after adding the SDS surfactant and diluted nitritic acid for controlling the PH. Consequently, the hydrogen bonding between the surface agents of constituents and temporary polarity due to the surfactant and acid hydrolyzation could lead to stabillazation of suspention at PH=5 and the final composite powder was settled in beaker without any external force or physical stress and it is absoloutely obtained from chemical reaction. The chemical analyze of initial materials in each step was performed by IR and Raman experiments and the microstructure of initial materials and final nanocomposite has been studied through SEM and FE-SEM, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanocomposite
  • surface properties
  • dispersion mechanism
  • Carbon Nanotube

[1] Agarwal A, Bakshi SR, Lahiri D. Carbon Nanotubes: Reinforced Metal Matrix Composites. Boca Raton: Taylor & Francis; 2011.

[2] Liao J, Tan M-J. Mixing of carbon nanotubes (CNTs) and aluminum powder for powder metallurgy use. Powder Technol 2011;208(1):42-8.

[3] Yoo SJ, Kim WJ. Strength enhancement by shear-flow assisted dispersion of carbon nanotubes in aluminum matrix composite. Mater Sci Eng A 2013;570(0):102-5.

[4] Yoo SJ, Han SH, Kim WJ. Strength and strain hardening of aluminum matrix composites with randomly dispersed nanometer-length fragmented carbon nanotubes. Scr Mater 2013;68(9):711-14.

[5] Wu Y, Kim G-Y. Carbon nanotube reinforced aluminum composite fabricated by semi-solid powder processing. J Mater Process Tech 2011;211(8):1341-47.

[6] Liu ZY, Xiao BL, Wang WG, Ma ZY. Singly dispersed carbon nanotube/aluminum composites fabricated by powder metallurgy combined with friction stir processing. Carbon 2012;50(5):1843-52.

[7] Deng C, Zhang P, Ma Y, Zhang X, Wang D. Dispersion of multiwalled carbon nanotubes in aluminum powders. Rare Metals. 2009;28(2):175-80.

[8] Esawi AMK, Morsi K, Sayed A, Gawad AA, Borah P. Fabrication and properties of dispersed carbon nanotube-aluminum composites. Mater Sci Eng A 2009;508(1-2):167-73.

[9] Esawi A, Morsi K. Dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in aluminum powder. Compos Part A-Appl S 2007;38(2):646-50.

[10] Wang L, Choi H, Myoung J-M, Lee W. Mechanical alloying of multi-walled carbon nanotubes and aluminium powders for the preparation of carbon/metal composites. Carbon 2009;47(15):3427-33.

[11] Deng C, Zhang X, Wang D, Lin Q, Li A. Preparation and characterization of carbon nanotubes/aluminum matrix composites. Mater Lett 2007;61(8-9):1725-28.

[12] Tang J, Fan G, Li Z, Li X, Xu R, Li Y, et al. Synthesis of carbon nanotube/aluminium composite powders by polymer pyrolysis chemical vapor deposition. Carbon 2013;55(0):202-8.

[13] Jiang L, Li Z, Fan G, Cao L, Zhang D. The use of flake powder metallurgy to produce carbon nanotube (CNT)/aluminum composites with a homogenous CNT distribution. Carbon 2012;50(5):1993-98.

[14] Jiang L, Fan G, Li Z, Kai X, Zhang D, Chen Z, et al. An approach to the uniform dispersion of a high volume fraction of carbon nanotubes in aluminum powder. Carbon 2011;49(6):1965-71.

[15] Singhal SK, Pasricha R, Teotia S, Kumar G, Mathur RB. Fabrication and characterization of Al-matrix composites reinforced with amino-functionalized carbon nanotubes. Compos Sci Technol 2011;72(1):103-11.

[16] Kuzmany H, Kukovecz A, Simon F, Holzweber M, Kramberger C, Pichler T. Functionalization of carbon nanotubes. Synthetic Met 2004;141(1-2):113-22.

[17] Jallo LJ, Schoenitz M, Dreizin EL, Dave RN, Johnson CE. The effect of surface modification of aluminum powder on its flowability, combustion and reactivity. Powder Technol 2010;204(1):63-70.

[18] Hou P-X, Liu C, Cheng H-M. Purification of carbon nanotubes. Carbon. 2008;46(15):2003-25.

[19] Esawi AMK, Morsi K, Sayed A, Taher M, Lanka S. The influence of carbon nanotube (CNT) morphology and diameter on the processing and properties of CNT-reinforced aluminium composites. Compos Part A-Appl S 2011;42(3):234-43.

[20] Deng ZY, Tang YB, Zhu L, Sakka Y, Ye J. Effect of different modification agents on hydrogen-generation by the reaction of Al with water. Int J Hydrogen Energ 2010;35(1):9561-68.