Research and Characterization of Cu – Graphene, Cu-CNT’s Composites Obtained by Mechanical Synthesis

• Autorzy: Kwaśniewski P. , Kiesiewicz G. , Knych T. , Mamala A. , Gniełczyk M. , Kawecki A. , Smyrak B. , Ściężor W. , Smaga-Sieja E.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0328

Warianty tytułu

PL

Badania i charakteryzacja kompozytów Cu – grafen, Cu-CNT’s uzyskiwanych metodą syntezy mechanicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Currently we can observe a worldwide trend to find new materials with extraordinary properties. In particular these researches are aimed to find a method to improve electrical conductivity, mechanical properties, corrosion resistance and rheological behavior of known materials. This effect can be achieved by a synthesis of modern carbon materials with metals. In this paper authors presented research results of synthesis process for Cu-graphene and Cu-CNT’s composites obtained by the mechanical synthesis in cold drawing process. The article presents also the results of electrical conductivity measurements and structural analysis of carbon particles presence in copper matrix. The research has shown that obtained composites have electrical conductivity lower than used copper base material. Additionally, the structural analysis has shown that after the drawing process carbon materials particles are mechanically pressed into Cu in the matrix, and these particles do not participate in the current flow, creating an actual barrier for electrons transport.

PL

Aktualnie na świecie poszukuje się nowych materiałów o własnościach dotychczas nieosiągalnych. Poszukiwania te głównie ukierunkowane są na podwyższenie przewodności elektrycznej, własności wytrzymałościowych, odporności korozyjnej, reologicznej itd. Efekt ten może być osiągnięty przez łączenie nowoczesnych nanomateriałów węglowych z metalami. W artykule przedstawiono wyniki badań syntezy miedzi z grafenem i nanorurkami metodą syntezy mechanicznej w procesie ciągnienia uzyskanych materiałów gradientowych Cu-grafen oraz Cu-CNT’s. W artykule zamieszczone zostały wyniki badań przewodności elektrycznej właściwej oraz wyniki analiz strukturalnych obecności cząstek materiałów węglowych w osnowie miedzianej. Przeprowadzone badania wykazały, że uzyskane kompozyty posiadają obniżoną przewodność elektryczną w stosunku do osnowy miedzianej. Ponadto badania strukturalne wykazały, że w osnowie po procesie ciągnienia występują wprasowane w Cu cząstki materiałów węglowych, które nie biorą udziału w przewodzeniu prądu stanowiąc barierę w transporcie elektronów.

Słowa kluczowe

EN

graphene; nanotubes; copper; mechanical synthesis of composites

PL

grafen; nanorurki; miedź; mechaniczna synteza kompozytów

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3A
• Strony: 1929--1933
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.,

Twórcy

autor

Kwaśniewski P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kiesiewicz G.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Knych T.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Mamala A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Gniełczyk M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kawecki A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Smyrak B.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Ściężor W.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Smaga-Sieja E.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] J. P. Tu, Y. Z.Yanga, L. Y. Wanga, X. C.Ma and X. B. Zhang, Tribological properties of carbon-nanotube-reinforced copper composites, Tribology Letters, 10, (2001).
• [2] A. K. Shukla, N. Nayan S. V. S. Narayana Murty, S. C. Sharma K. Mondal and P. P. Sinha, On the Possibility of Occurrence of Anisotropy in Processing of Cu-CNT Composites by Powder Metallurgical Techniques, Materials Science Forum, 710, (2012).
• [3] Ch. Guiderdoni, C. Estournès, A. Peigney, A. Weibel, V. Turq, Ch. Laurent, The preparation of double-walled carbon nanotube/Cu, composites by spark plasma sintering, and their hardness and friction properties, Carbon, doi:10.1016
• [4] T. S. Koltsova, L. I. Nasibulina, I. V. Anoshkin, V. V. Mishin1, E. I. Kauppinen, O. V. Tolochko and A.G. Nasibulin, New Hybrid Copper Composite Materials Based on Carbon Nanostructures, Journal of Materials Science and Engineering, B 2 (4), (2012).
• [5] D. Geng, B. Wu, Y. Guo, L. Huang, Y. Xue, J. Chen, G. Yu, L. Jiang, W. Hu, and Y. Liu, Uniform hexagonal graphene flakes and films grown on liquid copper surface, PNAS Early Edition, (2012).
• [6] Y. Jang, S. Kim S Lee D. Kim M. Um, Fabrication of carbon nano-sized fiber reinforced copper composite using liquid infiltration process, Composites Science and Technology 65 (2005) 781–784
• [7] Jason V. Shugart, Roger C. Scherer, Metal-carbon compositions, Patent nr. US2012/0009110 A1
• [8] Jason V. Shugart, Roger C. Scherer, Copper-carbon composition, Patent nr. US 2010/0327233 A1
• [9] K. Jagannadham, Electrical conductivity of copper–graphene composite films synthesized by electrochemical deposition with exfoliated graphene platelets, J. Vac. Sci. Technol. B 30(3), (2012).
• [10] S. R. Bakshi, D. Lahiri and A. Agarwal, Carbon nanotube reinforced metal matrix, composites – a review, International Materials Reviews (2010).
• [11] T. H. Nayfeh, A. M. Wiederholt, Nano-engineered ultraconductive nanocomposite copper wire, Patent nr. US 2012/0152480
• [12] G. A. Lopez, E. J. Mittemeijer, The solubility of C in solid Cu, Scripta Materialia 51, (2004).
• [13] W. M. Daoush, Processing and characterization of CNT/Cu nanocomposites by powder technology, Power Metallurgy and Metal Ceramics 47, Nos. 9-10, (2008).
• [14] T. Knych, P. Kwaśniewski, G. Kiesiewicz, A. Mamala, A. Kawecki, B. Smyrak, Characterization of Nanocarbon Copper Composites Manufactured in Metallurgical Synthesis Process, Metallurgical and Materials Transactions B, open access publication, March (2014).

Uwagi

EN

Research presented in this paper where conducted by METGRAF consortium (AGH University of Science and Technology, Institute of Electronic Materials Technology, Tele-Fonika Kable S.A. and PSE S.A.) within project under the title of “New metal-graphene composite wires with enhanced electrical conductivity for overhead line conductors” and number: PBS2/B5/30/2013 financed by The National Centre for Research and Development