TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU

Ensiksi B4C-NW:t kasvatettiin tasaisesti hiilikuitukankaan pinnalle (kuvio. S1) tyypillisellä VLS-menetelmällä (21), jossa puuvilla toimi hiilen lähteenä, amorfiset boorijauheet boorin lähteenä ja Ni(NO3)2 6H2O katalyyttinä (1, 22). B4C-NW:t, joiden halkaisija oli 20-300 nm ja pituus noin 5 μm, erotettiin sitten substraatista ultraäänivärähtelyllä. B4C-NW:iden kemiallisia sidostiloja tutkittiin röntgenfotoelektronispektroskopialla (XPS). B 1s-huiput paljastivat B─B (187,9 eV), B─C (188,7 eV) ja B─O (193,4 eV) sidosten olemassaolon (kuva S1C). C 1s -spektreissä havaittiin kaksi piikkiä, joiden keskipiste oli 284,5 eV:ssä ja 282,2 eV:ssä ja jotka vastasivat C─C- ja C─B-sidoksia (kuva S1D) (23). B:n ja C:n atomisuhteeksi mitattiin 3,56 ± 0,68, mikä on kohtuullisella alueella B4C:n stoikiometriassa, mikä vahvistaa korkealaatuisten B4C-NW:iden valmistuksen.

Itsekokoonpantuja B4C-NW:ia @ grafeeni syntetisoitiin suoraan sekoittamalla grafiittijauheiden ja B4C-NW:iden seosta shear-sekoituksella (kuva 1). Siirtoelektronimikroskooppitarkastus (TEM) (kuva 2C) osoitti, että grafiitti kuorittiin onnistuneesti grafeeniksi, kun taas B4C-NW:t pysyivät koskemattomina leikkaussekoituksessa. Useimmat B4C-NW:t olivat täysin käärittyjä grafeenilla, ja havaittiin myös jonkin verran ylimääräistä grafeenia, joka oli koottu itsestään (kuva S2). Grafeenia sisältävien B4C-NW:iden halkaisija kasvoi 30-200 prosenttia verrattuna alkuperäisiin B4C-NW:iin. Samaa menettelyä noudattaen pelkkä koskematon grafeeni valmistettiin leikkaussekoitusmenetelmällä, ja se toimi kontrollinäytteenä (kuva 2B). [email protected] laadun tutkimiseksi [email protected] suspensiota laimeassa vedessä seurattiin välittömästi leikkaussekoituksen jälkeen ilman lisäkäsittelyjä (kuva 2D). Vertailua varten valmistettiin samalla käsittelyllä myös B4C-NW:n ja koskematonta grafeenia sisältäviä suspensioita. Edellä valmistetut [email protected], B4C-NWs ja grafeeni dispergoitiin erikseen veteen, minkä jälkeen karkeat jauheet, joita ei sekoitettu perusteellisesti leikkaamalla, saostuivat vähitellen pohjaan. Alkuvaiheessa saostumien laskeutumisnopeudet sekä grafeeni- että B4C-NW-suspensioissa olivat paljon suuremmat kuin [email protected], mikä osoittaa, että grafeenilla ja B4C-NW:llä oli taipumus agglomeroitua yksittäisissä suspensioissaan, kun taas [email protected] oli superlatiivinen dispersio. Kuuden tunnin sedimentoinnin jälkeen sekä grafeeni- että B4C-NW-suspensiot aggregoituivat ja laskeutuivat, ja 12 tunnin kuluttua ne erotettiin kokonaan puhtaiksi supernatanteiksi ja kiinteiksi jäännöksiksi. Sitä vastoin [email protected] pysyi hyvin dispergoituneena, ja saostumia oli vähän. Alkuperäisestä grafiitista saadun grafeenin ja [email protected] tuottavuudet laskettiin 6 tunnin sedimentoinnin jälkeen olevan 9,1 ± 1,5 % ja 78,2 ± 3,0 %. B4C-NW:iden lisääminen suspensioon helpotti tehokkaasti grafiitin kuorimista ja syntetisoidun grafeenin dispersiota. Yhteenvetona voidaan todeta, että grafeenilevyjä valmistettiin grafiitista yhdessä B4C-NW:iden kanssa leikkaussekoituksella, jossa grafeenilevyt kasaantuivat samanaikaisesti itsestään B4C-NW:iden pinnalle.

Kuva 1 Kaavamainen havainnollistus synteesiprosessin vaiheista B4C-NW:[email protected]
Kuva 2 Nanotäyteaineiden synteesi laimeassa vedessä leikkaussekoittamalla.

TEM-kuvat (A) B4C-NW:stä, (B) monikerroksisesta grafeenista ja (C) [email protected] (D) B4C-NW:iden, grafeenin ja [email protected] suspensioiden kronologiset digitaalikuvat. Kuvan luotto: Ningning Song, Virginian yliopisto.

Korkearesoluutioinen TEM-tarkastus (HRTEM) ja vastaava nopea Fourier-muunnos (FFT) -kuvio paljastivat, että grafeenilevyt olivat rypistyneitä ja asettuivat itsekokoontuneina B4C-NW:iden päälle (kuva 3A ja kuva S2, E-H). B4C-NW:iden päällä oleva grafeeni osoitti erittäin monimutkaista ryppyistä/murenevaa rakennetta. Röntgendiffraktiotarkastelu (XRD) (kuva 3B) paljasti kolme tyypillistä B4C:n diffraktiohuippua, jotka voidaan indeksoida rhomboedrisen boorikarbidin (110), (114) ja (021) diffraktioihin. Terävä XRD-piikki 26,0°:ssa johtuu grafeenista ja muut piikit nikkeliboridista, joka on B4C-NW:n kasvun katalyytti. Elektronienergiahäviöspektroskopian (EELS) spektri osoitti B(1s) K-reunan ja C(1s) K-reunan (kuva S3A). [email protected] saaduissa Raman-spektreissä (kuva 3C) näkyivät B4C:lle ja grafeenille tyypilliset piikit. Kahden komponentin samanaikaisen esiintymisen ja niiden heterogeenisen jakautumisen vuoksi Raman-spektrit vaihtelivat eri ottoasennoissa. Joillakin [email protected] alueilla B4C:n ja itse kootun grafeenin samanaikainen esiintyminen aiheutti Raman-piikin siirtymisen ja levenemisen (kuva S3B), mikä johtui B4C:n amorfisen faasin sulkeumista (24) ja rypistyneistä ja pinoutuneista grafeenilevyistä. B4C:n kideristikko on rhomboedrinen, joka koostuu 12-atomisista ikosaedereistä ja 3-atomisista lineaarisista ketjuista (avaruusryhmä R3¯m, a = 5,16 Å ja α = 65,7°) (1, 25). Lähikuva HRTEM-havainnointi (kuva 3D) ja FFT-kuvio vyöhykeakselilla (kuva 3E) varmistivat yhdessä, että [email protected] B4C-NW:t ovat täydellisen romboedrisen kiderakenteen omaavia. Mitattu tasojen välinen etäisyys 0,256 nm osoitti kohti aksiaalista kasvutasoa (121). Edustavassa B4C-dominoituneessa Raman-spektrissä (kuva 3F) näkyi piikkejä, jotka voidaan liittää intrakosaedrisiin ja interikosaedrisiin moodeihin (188, 720, 813, 978 ja 1068 cm-1) ja ikosaedrejä yhdistävien ketjurakenteiden värähtelyihin (377, 484 ja 531 cm-1) (26). Grafeenin HRTEM-kuva ja vastaava FFT-kuvio vahvistivat, että B4C-NW:n päällä olevat grafeenilevyt ovat korkealaatuisia ja niissä on yksi- ja monikerroksisia piirteitä (kuva 3, G ja H). Yksikerroksisen grafeenin esiintyminen [email protected] vahvistettiin Raman-spektroskopialla (kuva 3I), jossa näkyy symmetrinen kaksiulotteinen (2D) kaista, jonka puolimaksimin täysleveys on 38 %.1 cm-1 ja 2D/G-intensiteettisuhde 1,65.

Kuva 3 [email protected] karakterisointi.

(A) TEM-kuva, (B) XRD-kuvio ja (C) [email protected] taustakorjattu Raman-spektri. (D) HRTEM-kuva, (E) vastaava FFT ja (F) taustakorjattu Raman-spektri [email protected] [email protected] (G) HRTEM-kuva, (H) vastaava FFT ja (I) taustakorjattu Raman-spektri yksikerroksisesta grafeenista [email protected] a.u., mielivaltaiset yksiköt.

[email protected] dispergoitiin epoksihartsin sekaan epoksinanokomposiittien valmistamiseksi. [email protected] ja epoksinäytteille tehtiin kolmen pisteen taivutuskokeita . Tyypilliset taivutusjännitys-venymäkäyrät (kuva 4A) osoittavat yleisen suuntauksen, jonka mukaan taivutuslujuus ja kimmomoduuli kasvoivat nanotäyteaineiden lisääntyessä. Puhtaassa epoksinäytteessä oli lineaarinen kimmoinen jännitys-muodonmuutossuhde ilman plastista muodonmuutosta, kun taas [email protected] tapahtui suuri osa plastisesta muodonmuutoksesta ennen murtumista. Fraktografinen analyysi suoritettiin nanotäyteaineiden hajonnan laadun tutkimiseksi, ja sen tavoitteena oli ymmärtää [email protected] -vahvistus- ja sitkeysmekanismeja. Puhtaassa epoksikontrollinäytteessä oli katastrofaalinen murtuma, jossa murtumispinta oli melko sileä (kuva S4A), kun taas [email protected] murtumispinta oli paljon karkeampi ja murtumismorfologialtaan ”meri-saarekkeen” kaltainen (kuva 4B), mikä viittasi särön kiinnittymiseen ja/tai taipumiseen, kun se kohtasi [email protected] Usein havaitut nanolankojen vetäytymiskohdat viittaavat siihen, että täyteaineiden ympärillä olevan matriisin myötääminen syntyi ensin, jota seurasi plastisten tyhjätilojen muodostuminen ja kasvu (kuva 4C), ja ensisijainen särö taipui, kun se kohtasi [email protected] (kuva S5). Grafeeni rajapinta-aineena vahvisti suurelta osin B4C-NW:iden ja epoksimatriisin välistä sidosta. Tämän seurauksena ulosvedetyillä [email protected]äytteillä oli suuremmat, ~500 nm:n halkaisijat kiinnittyneiden epoksipinnoitteiden vuoksi (kuva 4C ja kuva S4G). [email protected] irtoaminen epoksista kulutti enemmän energiaa. Särön kiinnittyminen, taipuminen, [email protected] irtoaminen matriisista, tyhjätilan muodostuminen nanotäyteaineiden ympärille ja nanotäyteaineiden irtoaminen vaikuttavat yhdessä [email protected] parantuneeseen sitkeyteen. Vertailun vuoksi valmistettiin puhdasta grafeenia ja B4C-NW:llä vahvistettuja epoksikomposiitteja, jotka karakterisoitiin samaa menettelyä noudattaen. Grafeenikomposiiteissa ja B4C-NW-komposiiteissa oli murtumispinnoilla runsaasti suuria agglomeraatioita (kuva S4, C ja E), jotka aiheuttivat mikrosäröjen yhteenkietoutumista ja edistivät ensisijaisen särön etenemistä (kuva S4, B ja D). B4C-NW-komposiittien ulosvedetyt B4C-NW:t osoittivat sileää pintaa, mikä viittaa huonoon sidokseen B4C-NW:iden ja matriisin välillä (kuva S4F). [email protected] havaittiin, että irrotetuilla B4C-NW:illä, joita grafeeni ei ollut täysin käärinyt, oli sileä pinta (kuva S4, H ja I). Yhteenvetona voidaan todeta, että grafeeni teki nanotäyteaineista paremman dispergointikyvyn ja paransi kuormansiirtoa, mikä johti liitosten lujuuden ja sitkeyden vahvistumiseen.

Kuva 4 [email protected] vahvistavat vaikutukset.

(A) Epoksilla ja [email protected] (0,1, 0,2 ja 0,3 tilavuusprosenttia) vahvistettujen komposiittimateriaalien epoksin ja [email protected] (0,1, 0,2 ja 0,3 tilavuusprosenttia) taivutusjännitys-muodonmuutos-käyrä. (B ja C) Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat 0,2 tilavuusprosenttia [email protected] vahvistetun komposiitin murtumispinnasta. Kokeellisesti mitattujen (hajontakuvio) ja teoreettisesti ennustettujen kimmomoduuliarvojen vertailu (D) [email protected], (E) B4C-NW-komposiittien ja (F) grafeenikomposiittien välillä.

[email protected] dispersiolaadun arvioimiseksi komposiittien teoreettiset kimmomoduulit laskettiin käyttäen Voigtin approksimaatiota (yläraja), Reussin approksimaatiota (alaraja) ja Halpin-Tsain mallia (empiirinen malli) seuraavasti (27, 28)Voigtin approksimaatio: Reussin approksimaatio: Ec=νEf+(1-ν)Em(1): 1Ec=νEf+1-νEm(2)Halpin-Tsai-malli: Ec=Emη1=Ef/Em-1Ef/Em+2lf/df, η2=Ef/Em-1Ef/Em+2(3)missä Ec, Ef ja Em ovat komposiitin, täyteaineiden ja matriisin kimmomoduulit. ν, lf ja df edustavat nanotäyteaineiden tilavuusosuutta, pituutta ja halkaisijaa. B4C-NW:n (24), grafeenin (29) ja epoksin kimmomoduulit olivat 435, 250 ja 2,7 GPa. [email protected] kimmomoduulin katsottiin olevan suunnilleen sama kuin B4C-NW:n. Kuten kuvasta 4D käy ilmi, [email protected] kimmomoduulit ovat paljon suuremmat kuin empiiriset arvot ja hyvin lähellä ylärajaa. Vertailun vuoksi grafeenilevyt ja B4C-NW:t dispergoitiin erikseen epoksihartsiin, ja grafeeniepoksi- ja B4C-NW-epoksikomposiitit karakterisoitiin vastaavasti kolmen pisteen taivutuksella (kuva S6). Nanotäyteaineiden pienellä tilavuusosuudella sekä grafeeni- että B4C-NW-komposiitit osoittivat parempaa lujuutta ja sitkeyttä. B4C-NW-komposiittien lujuus ja kimmomoduuli olivat kuitenkin alhaisemmat kuin [email protected] Kaikissa [email protected] (0,1, 0,2 ja 0,3 tilavuusprosenttia) -vahvisteisissa komposiiteissa esiintyi suuria plastisia muodonmuutoksia ennen murtumista. Muovisen muodonmuutoksen osat sekä grafeeni- että B4C-NW-komposiittien jännitys-muodonmuutosdiagrammeissa pienenivät kuitenkin vähitellen nanotäyteainepitoisuuden kasvaessa ja katosivat kokonaan 0,3 tilavuusprosentin komposiiteissa, mikä osoittaa, että grafeenilla ja B4C-NW:llä oli taipumus agglomeroitua suurilla vahvistuksen tilavuusosuuksilla. Vastaavasti puutteellisen kuormansiirron vuoksi B4C-NW-komposiittien ja grafeenikomposiittien kimmomoduulit ovat paljon niiden ylärajaa pienemmät (Kuva 4, E ja F).

0,1, 0,2 ja 0,3 tilavuusprosentin [email protected] osoittivat taivutuslujuuden olevan 127.4, 144,2 ja 156,2 MPa, mikä vastaa 13,9, 28,9 ja 39,6 %:n vahvistusta verrattuna puhtaaseen epoksinäytteeseen (111,9 MPa); kimmomoduulit olivat 3,0, 3,5 ja 3,7 GPa; ja 11,1, 29,6 ja 37 %:n parannus verrattuna epoksikontrollinäytteeseen (2,7 GPa). [email protected] murtovenymät kasvavat noin 173 %, mikä osoittaa, että [email protected] sitkeys on suurelta osin parantunut (kuva 5C). Vertailun vuoksi kuvassa 5 (A ja B) esitetään yhteenveto nanotäyteaineilla vahvistettujen komposiittien lujuuden, sitkeyden, kimmomoduulin ja murtovenymän arvoista. Komposiittien ominaisuudet normalisoitiin jakamalla ne matriisin vastaavilla ominaisuuksilla. Kun B4C-NW-komposiitit oli räätälöity grafeenilla rajapinnassa, B4C-NW-komposiittien lujuus, sitkeys, kimmomoduuli ja murtovenymä kasvoivat erinomaisesti 65,6, 1083,2, 15,2 ja 378,4 prosenttia. [email protected] on poikkeuksellinen yhdistelmä lujuutta ja sitkeyttä verrattuna muihin kirjallisuudessa raportoituihin komposiitteihin (30-44).

Kuva 5 [email protected] mekaaninen suorituskyky.

(A ja B) 0,3 tilavuusprosentin suuruisten 0,3 tilavuusprosentin [email protected] mekaanisten ominaisuuksien vertailu muihin tyypillisiin nanoainetta täyteaineilla vahvistettuihin komposiitteihin . (C) Taivutuslujuuden, kimmomoduulin ja murtovenymän vertailu puhtaalle epoksille ja [email protected] komposiiteille. (D) Kuormansiirtotehokkuuden ja tiheyden välinen kaavio osoittaa, että [email protected] oli poikkeukselliset rajapintaominaisuudet . CNT, hiilinanoputki.

1D nanotäyteaineilla vahvistettuja komposiitteja on vuosikymmeniä tutkittu, mukaan lukien polymeeri-, luonnonmateriaali-, keramiikka- ja metallivahvistetut komposiitit (kuva 5D) (30-93). Heikko kuormansiirtotehokkuus kuitenkin jossain määrin huononsi niiden mekaanisia ominaisuuksia. Kuormansiirtotehokkuuden arvioimiseksi käytettiin Cox-Krenchelin mallia (94) seuraavastiEkomposiitti=ηeffνEf+(1-ν)Em(4)jossa Ecomposiitti on komposiitin kimmomoduuli mitattuna kolmipistetaivutuksella ja ηeff on tehollinen kuormansiirtotehokkuuskerroin, johon sisältyy täyteaineen suuntautumiskerroin. Kävi ilmi, että 0,2 tilavuusprosentin komposiitit saavuttivat korkeimmat teholliset hyötysuhteet, joiden laskettiin olevan 39,7, 31,0 ja 92,5 % B4C-NW-, grafeeni- ja [email protected] Vaikuttavaa on, että komposiitin rajapintojen räätälöinti grafeenilla mahdollisti nanotäyteaineiden tehokkaan hyödyntämisen, mikä johti kuormansiirtotehokkuuden kaksinkertaiseen kasvuun, erityisesti 39,7 prosentista (sininen tähtimerkki kuvassa 5D) 92,5 prosenttiin (punainen tähtimerkki kuvassa 5D).

Molekyylidynamiikan (MD) simulaatiot suoritettiin sen selvittämiseksi, miten grafeenilevyt muokkasivat B4C-NW:n pintaa, miten grafeeni helpotti B4C-NW:iden dispersiota ja miten grafeeni paransi kuorman siirtoa komposiiteissa. Alkuperäinen atomikokoonpano koostuu yksittäisestä B4C-NW:stä, jonka halkaisija on 10 Å, ja kolmesta yksikerroksisesta grafeenilevystä, joiden koko on 50 Å x 50 Å (kuva S7). B4C:n ja grafeenin välistä vuorovaikutusta kuvaavat ainoastaan van der Waalsin voimat . MD-simuloinnin tulokset paljastavat, että B4C-NW pysyy vakaana, kun se sekoittuu ja kietoutuu grafeenilevyihin. Vastaavasti havaittiin itsekokoautuva käärimisprosessi, jonka alkuperäinen atomirakenne koostui yksittäisestä B4C-NW:stä, jonka halkaisija on 100 Å, ja kolmesta yksikerroksisesta grafeenilevystä, joiden koko on 400 Å x 400 Å (kuva S8). Kun nanolanka oli täysin kääritty grafeenilla, ylimääräiset grafeenilevyt imeytyivät reunasta reunaan ja/tai taittuivat osittain kaksikerroksiseksi grafeeniksi, jossa oli suljetut reunat, jolloin syntyi tasapainossa oleva hybridirakenne (elokuvat S1 ja S2). Ilman B4C-NW:tä grafeenilevyt yksinään aggregoituvat ja muodostavat monikerroksisen grafeenin, mikä on energeettisesti suotuisaa (kuva S7).

Nanotäyteaineiden (B4C-NW:t, monikerroksiset grafeenilevyt ja B4C-NW:[email protected]) väliset vuorovaikutusenergiaprofiilit aggregaatioprosessissa lasketaan kaavallaϕvuorovaikutus(d)=/n(5), jossa ϕvuorovaikutus on kahden nanotäyteaineen välinen normalisoitu vuorovaikutusenergia, ϕx on yksittäisen nanotäyteaineen kokonaispotentiaalienergia (grafeeni, B4C-NW tai [email protected]), ϕxx on kahden nanotäyteaineen (grafeeni/grafene, B4C-NW/B4C-NW tai [email protected]/[email protected]) muodostaman systeemin (grafeeni/grafene, B4C-NW/B4C-NW tai [email protected]) kokonaispotentiaalienergia, d on kahden nanotäyteaineen massakeskipisteiden välimatka toisistaan ja n on systeemissä olevien atomeiden kokonaismäärä. Nesteen ja kiinteän aineen rajapinnan kitka kuvataan (kuva 6A) kaavalla (95)F=μSv(6)missä μ on kitkakerroin ja se voidaan määrittää nesteen ja grafeenin vuorovaikutuksesta (96). S edustaa nanotäyteaineen pinta-alaa. v on nesteen virtausnopeus rajapinnassa, joka laskettiin nanotäyteaineiden aggregaationopeuden mukaan. Eri nesteet huomioon ottaen valittiin erilaisia kitkakertoimia välillä ~103 – ~105 Ns/m3 (96-98), ja vastaava atomikohtainen kitka oli välillä 1,06 × 10-19 – 1,06 × 10-17 eV/Å. Kuten kuvasta 6B nähdään, kahden nanotäyteaineen välisen etäisyyden pienentyessä B4C-NW:n ja grafeenin vuorovaikutusenergiaprofiileissa ei havaita selviä energiaesteitä, mikä osoittaa, että sekä grafeenilevyt että B4C-NW:t pyrkivät agglomeroitumaan. [email protected]ärjestelmässä kahden [email protected]äytteen välisen etäisyyden pienentyessä vuorovaikutusenergia kasvaa yhtäkkiä tietyssä kohdassa ja saavuttaa vähitellen maksimin 85,78 ± 2,53 eV/atomi. Kahden [email protected]äytteen välinen vuorovaikutusenergian maksimimäärä muuttui vain vähän eri kitkakertoimilla (taulukko S1), koska kitkat ovat häviävän pieniä, noin 15 suuruusluokkaa pienempiä kuin keskimääräinen voima, jonka sen naapurit kohdistavat kuhunkin atomiin (kuva S9). Korkean energiaesteen mahdollistaa hybridirakenne, jossa grafeenilevyt ja B4C-NW:t ovat rinnakkain, sekä grafeenilevyjen voimakas muodonmuutos aggregaatioprosessissa (kuva S10). Tasapainoaseman löytämisprosessissa grafeenilevyt ja B4C-NW:t liikkuvat tai deformoituvat yksikkönä ja lukkiutuvat samanaikaisesti toisiinsa. Kokeellisten havaintojen kanssa varustettuna MD-simulaatiot paljastavat, että grafeenilla räätälöidyt B4C-NW:t parantavat huomattavasti vuorovaikutusenergian estettä, mikä vaikeuttaa aggregaatiota ja parantaa siten suurelta osin dispersiotehokkuutta.

Kuva 6 MD-simulaatiot nanotäyteaineiden vuorovaikutuksista.

(A) MD-kuvaukset alkurakenteesta (B4C-NW:[email protected] / B4C-NW:t @ grafeeni) vuorovaikutusenergian laskemista varten. (B) Kahden samantyyppisen nanotäyteaineen (grafeeni/grafeeni, B4C-NW/B4C-NW ja [email protected]/[email protected]) väliset vuorovaikutusenergiaprofiilit.

MD-simuloinneilla tutkittiin nanotäyteaineiden irtoamisprosessia epoksimatriisista (kuva S11), ja vuorovaikutusenergia laskettiin nanotäyteaineiden ja matriisin välisen tartuntalujuuden arvioimiseksi. Normalisoidun vuorovaikutusenergian (atomia kohti) maksimiarvo oli 0,71 kcal/mol, kun B4C-NW oli täysin upotettu epoksimatriisiin, ja se laski vähitellen nollaan 70 Å:n siirtymän kohdalla, kun se oli kokonaan vedetty ulos. Grafeenin kanssa räätälöinnin jälkeen [email protected] ja epoksin välinen maksimaalinen atomikohtainen vuorovaikutusenergia kasvoi huomattavasti 1,86 kcal/mol:iin, joka oli 162,0 % korkeampi kuin B4C-NW:n (kuva S11C). Vastaavasti myös vetovoimaa seurattiin koko prosessin ajan. Nanotäyteaineen liukumisen mahdollistamiseksi alkuvaiheessa ulosvetovoiman huippuarvo kasvoi nopeasti ja oli likimain lineaarisessa suhteessa siirtymän kasvuun (kuva S11D) ja väheni vähitellen täydelliseen irtoamiseen asti. [email protected] yli vaikuttavan huippuvoiman laskettiin olevan 121,54 pN, mikä on 18,5 % suurempi kuin B4C-NW:n yli vaikuttava voima (102,56 pN). Yhteenvetona voidaan todeta, että [email protected] oli suurempi vuorovaikutusenergia epoksin kanssa ja suurempi vetohuippuvoima, koska grafeeni teki nanotäyteaineesta suuremman pinta-alan, suuremman määrän vuorovaikutuksessa olevia atomeja ja monimutkaisempia geometrioita ja paransi siten komposiittien rajapintalujuutta ja kuormansiirtotehokkuutta.

Yhteenvetona voidaan todeta, että grafeenilevyjä käytettiin räätälöimään rajapinnan räätälöintiä B4C-NW:n ja epoksin välillä. B4C-NW:t @ grafeeni syntetisoitiin suoraan sekoittamalla grafiittijauheiden ja B4C-NW:iden seos leikkaamalla laimeassa vedessä. Saatu [email protected] dispergoitui homogeenisesti sekä veteen että epoksiin ja paransi kuormansiirtotehokkuutta matriisista lujitteisiin, mikä johti komposiittien mekaanisen suorituskyvyn yleiseen paranemiseen. Lisäksi [email protected] mahdollisti hybridi-kovettumisvaikutukset epoksimatriisissa halkeamien kiinnittymisen ja taipumisen, [email protected] irtoamisen matriisista, huokosten muodostumisen nanotäyteaineiden ympärille ja nanotäyteaineiden vetäytymisen kautta. 0,2 tilavuusprosentin [email protected] oli poikkeuksellinen yhdistelmä mekaanisia ominaisuuksia taivutuslujuuden (144,2 MPa), kimmomoduulin (3,5 GPa) ja murtovenymän (15,0 %) osalta. Tämä edullinen mutta tehokas tekniikka tarjoaa ennennäkemättömiä mahdollisuuksia parantaa nanokomposiittien rajapintoja, mahdollistaa suuren kuormansiirtotehokkuuden ja avaa uuden tien vahvojen ja sitkeiden nanokomposiittien kehittämiseen. Grafeenin käärintätekniikka voi löytää sovelluksia lääketieteessä, kuten farmakologiassa ja lääkkeiden jakelussa, jossa grafeenia voidaan kääriä nanohiukkasiin effluksipumppujen vaarantamiseksi ja lääkeresistenssin voittamiseksi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.