В настоящее время порошковые материалы на основе алюминия и алюминиевых сплавов широко используются в качестве сырья для получения 3D изделий из алюмоматричных композитов методами аддитивных (Такое свойство, когда значение некой величины характеризующей объект равно сумме величин составных частей этого объекта) технологий, такими как селективное лазерное сплавление (спекание). Аддитивное производство (послойное формирование деталей из порошка) во много раз превосходит традиционные методы литья и порошковой металлургии по скорости производства и качеству получаемых деталей. Фазовый, элементный состав порошков, их размерные и другие характеристики, а также параметры лазеров, использующихся для спекания, определяют развитие технологий быстрого прототипирования и мелкосерийного производства объемных топологически-оптимизированных изделий для аэрокосмической промышленности и ряда отраслей машиностроения. Развитие методов получения новых порошковых материалов для аддитивных технологий является одним из наиболее динамично развивающихся направлений науки в мире. При этом основная доля в производстве таких материалов на мировом рынке (до 65%) принадлежит США и странам Евросоюза. Существующие порошки на основе алюминиевых сплавов не нашли широкого применения в аддитивных технологиях по причине недостаточности уровня механических свойств изготавливаемых из них 3D изделий или высокой стоимости производства сферических порошков.
Графен — первый известный истинно двумерный кристалл. В отличие от более ранних попыток создания двумерных проводящих слоёв, к примеру, двумерный электронный газ (ДЭГ), из полупроводников методом управления шириной запрещённой зоны, электроны в графене локализованы в плоскости гораздо сильнее.
Многообразие химических и физических свойств обусловлено кристаллической структурой и π-электронами атомов углерода, составляющих графен. Широкое изучение материала в университетах и исследовательских лабораториях связано, прежде всего, с доступностью и простотой его приготовления с использованием механического расщепления кристаллов графита.
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.
«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 и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Сергей Ерёмин.
Данная разработка ведется в рамках проекта РНФ 19-79-30025.
Дополнительное направление развития этой 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.
Не знаю как Вас, уважаемые читатели, а меня такие новости очень радуют - они свидетельствуют о том, что российская наука все же развивается и мы не только ракеты строим, но и развиваем фундаментальные направления. Важность исследований и полезность графена сложно переоценить. Графен может использоваться для создания суперконденсаторов (ионистор), электроники, не требующей охлаждения, фильтров для воды и воздуха, и даже препаратов для борьбы с раком.
Хочу выразить надежду, что финансирование фундаментальных исследований будет на должном уровне и наши ученые еще не раз удивят мир новыми открытиями.
Напоследок несколько афоризмов, связанных с темой статьи:
- Наука подтверждает наши ошибочные представления. (Станислав Ежи Лец)
- Процесс научных открытий — это, в сущности, непрерывное бегство от чудес. (Альберт Эйнштейн)
- Не следует требовать от оратора научных доказательств, точно так же как от математика не следует требовать эмоционального убеждения. (Аристотель)
- Национальной науки нет, как нет и национальной таблицы умножения. (Антон Павлович Чехов)
- Не может быть ни патриотического искусства, ни патриотической науки. (Иоганн Вольфганг фон Гёте)
- Только разум, наука, воля, совесть возвышают человека. Думать, что можно иначе возвыситься, может только глупец. (Абай Кунанбаев)
- Высшей задачей физика является поиск в высшей степени универсальных законов из которых с помощью чистой дедукции можно получить картину мира. (Альберт Эйнштейн)
- Наука не является и никогда не будет являться законченной книгой. (Альберт Эйнштейн)
- Единственное, чему научила меня моя долгая жизнь: что вся наша наука перед лицом реальности выглядит примитивно и по детски наивно – и все же это самое ценное, что у нас есть. (Альберт Эйнштейн)
- Ученый — это лентяй, который убивает время работой. (Джордж Бернард Шоу)
Это всего лишь мои мысли вслух.
Если Вам понравилась моя статья, не забудьте оценить её лайком и поделиться с друзьями в социальных сетях!
Если по содержимому данной статьи у Вас есть собственное мнение, поделитесь им в комментариях.
Возможно, Вам будут интересны другие статьи:
- 15 фактов о температуре тела человека, которые Вы могли не знать
- Адские задачи и вопросы из учебников
- Перлы из школьных сочинений
- Перлы из сочинений американских школьников и студентов
- Сравнение достижений СССР и современной России
- Ученые утверждают, что максимальная продолжительность жизни человека - 150 лет
