Ученые из Института проблем сверхпластичности металлов РАН и Объединенного института высоких температур РАН опробовали новый метод синтеза медь-графеновых композитов, которые могут заменить чистую медь в теплообменных системах, использующихся в нефтепереработке, нефтехимии и атомной промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Для предотвращения перегрева техники — от обычных смартфонов до электродвигателей — обычно используются теплоотводы: эти элементы распределяют тепло и ускоряют его рассеивание в окружающей среде. Такие теплоотводы изготавливаются из меди или из более легких и прочных композитов, состоящих из наночастиц меди и графена.
В свою очередь, для получения металл-графеновых частиц используется плазменно-химический синтез: исходные компоненты композита взаимодействуют при движении в плазменной струе, в результате формируются наночастицы, ядро которых состоит из металла, а оболочка — из графенового листа. Такие композиты сочетают легкость и прочность графена с высокой теплои электропроводностью металлов.
Этот метод опробовали ученые из Института проблем сверхпластичности металлов РАН и Объединенного института высоких температур РАН. Для получения плазмы авторы использовали плазматрон с электродуговой горелкой из чистой меди. Генерация плазменного потока приводила к отделению наночастиц меди (размером от 1 до 100 нанометров). Плазменная струя формировалась в смеси двух газов — пропана и бутана, благодаря которым проходил синтез однослойных графеновых чешуек. Композитные структуры медь-графена образовывались в тот момент, когда медные наночастицы сталкивались с однослойными графеновыми листами.
Для анализа структуры нового композита ученые провели моделирование методом молекулярной динамики. Авторы задавали в модели разное направление и скорость движения наночастиц меди (от 0,5 до 9 километров в секунду). При относительно низких скоростях движения наночастиц (менее 1 километра в секунду) медь, сталкиваясь с графеновой чешуйкой, прикрепляется к ней; при средних скоростях (от 1 до 5 километров в секунду) — «заворачивается» в графен, точно в фантик; а при высоких скоростях (более 7 километров в секунду) — разрывает графеновый лист, пролетая сквозь него. Эти результаты в дальнейшем могут облегчить получение медь-графеновых композитов с наиболее совершенной морфологией.
«В дальнейшем мы планируем изучить физические и механические свойства таких уникальных медь-графеновых композитов. Уже сегодня с помощью атомистического моделирования мы предсказали высокие прочностные свойства таких материалов, что, несомненно, расширит область применения новых медь-графеновых композитов, синтезируемых в плазменной струе», — цитирует Институт проблем сверхпластичности металлов РАН кандидата физико-математических наук Карину Крылову.
