Pattantyús-Ábrahám Géza Gépészeti Tudományok Doktori Iskola

Témavezető: Dr. Romhány Gábor

Tanszék/Intézet: Polimertechnika Tanszék

Szál és nanorészecske erősítésű hibrid kompozitok kifejlesztése

A kutatási téma néhány soros bemutatása

Az üvegszál 1938-as kifejlesztése forradalmasította a polimer kompozitok területét. További nagy előrelépés következett be a szénszál 1963-mas kifejlesztésével. A fejlődés nem állt meg, újabb és újabb erősítőanyagok (aramid, növényi eredetű természetes szálak, bazaltszál stb.) kerültek a kutatók érdeklődési körébe. Ebbe a sorba állt be 1991-es felfedezése után a szén nanocső is, ami rendkívül sajátos tulajdonságainak köszönhetően nemcsak az anyagtudomány, hanem szinte minden tudományterületen a figyelem középpontjába került. A szén nanocső szakítószilárdsága elérheti a 60 GPa-t, a rugalmassági modulusza az 1 TPa-t, és mindezek mellett nagy szívóssággal rendelkezik. Elektromos vezetőképessége a réz értékét megközelíti, hővezető képessége rendkívül nagy. Míg a felfedezése utáni első évtizedben a kutatások elsődlegesen a gyártástechnológiára koncentráltak, napjainkban már lehetőség nyílik a nanocsövek felhasználás-technológiájának vizsgálatára is. Számos területen próbálják kiaknázni a szén nanocső egyedi tulajdonságait. Elektronikai alkatrészekben nanoméretű áramköri elemként, laposkijelzős monitorokban a háttérvilágítás fényforrásaként, hidrogén üzemanyagcellában biztonságos hidrogéntárolásra, és nem utolsó sorban az anyagtudomány terén polimerek erősítésére, tulajdonságaik módosítására használják őket. Ezt egyrészt kiváló mechanikai tulajdonságaik, másrészt rendkívül nagy, a hagyományos szálakénál akár három nagyságrenddel is nagyobb fajlagos felületük is indokolja.

Kutatásom célja olyan szén nanocső és szénszál erősítésű hibrid kompozit előállítása, amely a szén nanocső erősítésnek köszönhetően hosszabb élettartamú, nagyobb terhelhetőségű alkatrészek előállítására lehet alkalmas, mint a hagyományos, szénszál erősítésű kompozitok. Az alkalmazott technológiák kidolgozása során törekszem az ipari méretekbe is könnyen átültethető megoldások alkalmazására.

Az értekezés első részében bemutatom az ebben a témában rendelkezésre álló irodalmat, amelynek középpontjában a szén nanocsövek gyártása, tulajdonságai, eloszlatási és felületkezelési technológiái, illetve a felhasználásukkal készült kompozitok tulajdonságai és azok gyártástechnológiái állnak.

Disszertációm kísérleti részében szén nanocső eloszlatási eljárásokat hasonlítok össze a vizsgált szén nanocső/epoxi rendszer reológiai és mechanikai tulajdonságainak tükrében. Meghatározom a kifejlesztett, könnyen ipari méretekre felskálázható többlépcsős keverési eljárással készült szén nanocső/epoxi rendszer mechanikai tulajdonságai szempontjából optimális szén nanocső tartalmat. Megvizsgálom a szén nanocsövek és az epoxi mátrixanyag közötti határfelületi adhézió elektronsugárzással történő növelésének lehetőségét csatolóanyaggal és csatolóanyag alkalmazása nélkül. Elemzem a szén nanocsövek epoxi mátrixban elektromos és mágneses térrel történő orientációjának lehetőségét, hatását szén nanocső erősítésű kompozitok valamint szén nanocső/szénszál erősítésű hibrid kompozitok mechanikai tulajdonságaira és hővezetőképességére. A kifejlesztett szén nanocső eloszlatási technológiával különböző szén nanocső töltésű epoxi mátrixú szénszál erősítésű hibrid kompozitokat állítok elő, majd elemzem ezek mechanikai tulajdonságait különös tekintettel a rétegközi és fárasztó tulajdonságaikra. Újszerű mérési eljárásokat mutatok be, melyek segítik a rétegközi tulajdonságok átfogó feltérképezését.