Синтез графена при комнатной температуре упрочнит композиты для аэрокосмоса

Уникальный метод синтеза мультиграфеновых пленок при комнатной температуре удалось создать научному коллективу НИТУ «МИСиС». Это позволит наносить мультиграфен на поверхность легкоплавких металлических порошков для создания качественно новых 3D-композитов. Работа опубликована в журнале Materials Chemistry and Physics.

Добавки графена в материалы, используемые в 3D-печати, улучшают механические и функциональные свойства композиционных изделий: повышается их теплопроводность, механическая прочность, электропроводность. Это является актуальной задачей при создании сложных деталей для аэрокосмической промышленности методами 3D-печати.

Простейшим методом синтеза графена является микромеханическое расслоение графита, предложенное лауреатами Нобелевской премии 2011 года Геймом и Новоселовым, однако, он малопроизводителен и применяется, в основном, для лабораторных исследований.

Один из способов получения графена электрохимическим способом – его формирование из расплавов солей. Однако, синтез графена в данном случае проводится при температуре 500-700оС, что исключает возможность его осаждения на частицы легкоплавких металлов, таких как алюминий, а значит, значительно сужает круг возможных композитов, модифицированных графеном.

Ученые лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС» решили эту проблему, разработав новую низкотемпературную технологию получения мультиграфена для нанесения на силуминовые (сплав на основе алюминия и кремния) порошки, применяемые в создании композитов методом 3D-печати.

«Нашей задачей было производство значительного количества порошкового композита на основе графена и силумина для 3D-печати. Для этого мы проводили электрохимическое осаждение графена из слабого раствора серной кислоты с добавлением сахарозы. При осаждении графена на порошок силумина, температура раствора не превышала 25-30оС. Затем полученные композиты подвергались сплавлению методом SLM с получением 3D-изделий», – рассказал соавтор исследования, инженер кафедры функциональных наносистем НИТУ «МИСиС» Сергей Ерёмин.

По словам разработчиков, предложенная технология позволяет регулировать толщину нанесенного слоя графена и поддерживать его равномерное распределение в порошке.

В дальнейшем коллектив разработчиков планирует усовершенствовать технологию синтеза мультиграфена за счет контроля толщины получаемых графеновых слоев, а также научиться получать непрерывные графеновые пленки.

Второе направление развития технологии – прямое получение порошка графена с высокой удельной поверхностью, которая обеспечит улучшение сорбирующих качеств для создания фильтрующих материалов. Если модифицировать такие порошки наночастицами серебра или меди, к высоким фильтрующим свойствам добавится и бактерицидный эффект. Фильтры на их основе можно будет применять для очистки воды и воздуха в промышленных и бытовых условиях.