Ин таҳқиқот илова кардани 0,1 фоиз нанопластинаҳои графенро бо мақсади зиёд кардани муқовимат ба фарсудашавӣ, қувваи фишурдашавӣ ва устувории ҳарорати баланди композитҳои буррандаи алмоси поликристаллӣ, ки дар пармакунии нафту газ ва коркарди маводи душвортарош истифода мешаванд, меомӯзад. Хокаи микронии алмос, хокаи кремний ва нанопластинаҳои графен 24 соат дар осиёби тӯбдор омехта шуда; омехта дар фишори 5,8 GPa, ҳарорати 1600 °C ва вақти нигоҳдории 120 сония синтез шудааст.

Дар намунаи бе графен таҳлили дифраксияи рентгенӣ дар баробари фазаҳои алмос ва β-SiC қуллаҳои кремнийи озодро нишон додааст. Дар намунае, ки 0,1 фоиз графен илова шудааст, қуллаи кремнийи озод дида нашудааст; танҳо фазаҳои алмос ва β-SiC гузориш шудаанд. Муҳаққиқон ин натиҷаро бо он шарҳ медиҳанд, ки графени дорои масоҳати махсуси сатҳи баланд ҳамчун манбаи иловагии карбон бо кремний самараноктар вокуниш карда, ташаккули SiC-ро зиёд мекунад. Бо вуҷуди ин, нопадид шудани як қуллаи XRD худ аз худ исбот намекунад, ки кремнийи озод комилан ба сифр расидааст; миқдор метавонад аз ҳадди ошкоркунии дастгоҳ ҳам пасттар шуда бошад.

Бо илова кардани 0,1 фоиз графен сахтии Vickers тақрибан аз 5297 kgf/mm² то 6015 kgf/mm², таносуби фарсудашавӣ аз 11,60×10⁴ то 13,49×10⁴ ва қувваи фишурдашавӣ тақрибан аз 4064 MPa то 4573 MPa зиёд шудааст. Афзоишҳое, ки таҳқиқот гузориш кардааст, мутаносибан 13,49 фоиз, 16,29 фоиз ва 12,58 фоиз мебошанд. Ҳарорати оғози оксидшавӣ низ аз 1070 °C то 1115 °C боло рафта, 45 °C афзудааст.

Аҳамият аз нуқтаи назари Туркия: Натиҷаҳо барои рушди маҳаллии асбобҳои алмоси поликристаллӣ дар Туркия, ки дар коркарди санги табиӣ, истихроҷи маъдан, пармакунӣ, автомобилсозӣ, авиатсия ва истеҳсоли маводи душвортарош ба монанди алюминийи дорои кремнийи баланд истифода мешаванд, аҳамият доранд. Пеш аз татбиқи амалӣ ҳиссаи графен бояд дар сатҳҳои гуногун оптимизатсия шавад, раванд бо хокаҳои маҳаллии алмос ва кремний дубора тасдиқ гардад ва нӯгҳои бурранда дар шароити воқеии санг ва ҷузъ ба санҷишҳои дарозмуддати фарсудашавӣ, зарба, даври ҳароратӣ ва буриш дучор карда шаванд. Азбаски таҳқиқот маълумоти хоси Туркия оид ба арзиш, миқёси истеҳсол, умри асбоб ё сертификатсияи саноатӣ пешниҳод намекунад, набояд ҳамчун дастури мустақими истеҳсоли тиҷоратӣ истифода шавад.

Натиҷаи асосии таҳқиқот ин аст, ки миқдори хеле ками нанопластинаҳои графен метавонад яке аз ҷиҳатҳои заифи алмоси поликристаллии бо кремний пайвастшуда — муқовимат ба фарсудашавиро беҳтар кунад ва ин корро бидуни қурбон кардани устувории ҳароратӣ анҷом диҳад. Аммо натиҷаҳо ба як ҳиссаи графен, шумораи шарҳнашудаи намунаҳо ва ченкуниҳое такя мекунанд, ки тақсимоти омории онҳо дода нашудааст.

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Компактҳои алмоси поликристаллӣ маводи буррандаи фавқулсахт мебошанд, ки бо пайваст шудани шумораи зиёди донаҳои алмос дар зери фишор ва ҳарорати баланд ба вуҷуд меоянд. Қабати алмос одатан бо зерқабати металли сахти карбиди волфрам–кобалт пайваст мешавад. Ҳамин тавр, сахтӣ ва муқовимати фарсудашавии алмос бо муқовимати зарба ва қобилияти кафшаршавии зерқабати металли сахт дар як сохтор якҷоя карда мешаванд.

Дар компактҳои анъанавии алмоси поликристаллӣ бештар кобалт ҳамчун пайвандкунанда истифода мешавад. Гарчанде кобалт синтершавии донаҳои алмосро осон мекунад, дар ҳарорати баланд метавонад табдили алмос ба графитро катализ кунад. Фарқи байни коэффисиентҳои васеъшавии ҳароратии кобалт ва алмос низ метавонад ҳангоми гармкунӣ ва хунуккунӣ шиддатҳои дохилӣ ба вуҷуд орад.

Ҳангоми истифодаи пайвандкунандаи кремний, кремний бо карбон вокуниш карда, карбиди кремний ҳосил мекунад:

\[ \mathrm{Si + C \rightarrow SiC} \]

SiC фазаест, ки рафтори васеъшавии ҳароратиаш ба алмос нисбатан наздик аст ва графитшавиро катализ намекунад. Аз ин рӯ, алмосҳои поликристаллии бо кремний пайвастшуда, махсусан дар атмосфераҳои инертӣ ё барқароркунанда, метавонанд нисбат ба системаҳои бо кобалт пайвастшуда устувории ҳароратии баландтар нишон диҳанд.

Бо вуҷуди ин, на ҳама кремний метавонад ба SiC табдил ёбад. Кремнийи озоде, ки дар сохтор мемонад, ҳангоми хунуккунӣ ба тағйироти фаза ва ҳаҷм дучор шуда, шиддати иловагии дохилӣ ба вуҷуд оварда метавонад. Муқовимати фарсудашавии системаҳои бо кремний пайвастшуда низ метавонад аз баъзе навъҳои PDC-и бо кобалт пайвастшуда пасттар боқӣ монад.

Саволи асосии таҳқиқот чунин аст: Оё илова кардани миқдори хеле ками нанопластинаҳои графен метавонад табдили кремнийи озод ба SiC-ро зиёд карда, хусусиятҳои механикӣ ва ҳароратиро ҳамзамон беҳтар кунад?

Фарқи байни PCD ва PDC

Дар таҳқиқот истилоҳҳои PCD ва PDC баъзан ба ҷойи якдигар истифода шудаанд. Аз ҷиҳати техникӣ чунин фарқ кардан мумкин аст:

• PCD – Алмоси поликристаллӣ: Қабат ё маводи фавқулсахте, ки аз донаҳои алмоси ба ҳам пайвастшуда иборат аст.
• PDC – Компакти алмоси поликристаллӣ: Сохтори композитии бурранда, ки қабати PCD одатан бо зерқабати металли сахти WC-Co пайваст шудааст.

Дар таҳқиқот гуфта шудааст, ки аввал қабати PCD-и бо кремний пайвастшуда синтез шуда, баъдан бо лазер бурида ва бо кафшари вакуумӣ ба зерқабати WC-Co пайваст карда шудааст. Аммо дар тавсифи ҳуҷайраи фишори баланд навишта шудааст, ки зерқабати металли сахт низ дар дастгоҳи синтез ҷойгир карда шудааст. Ба таври равшан шарҳ дода нашудааст, ки зерқабати ҳангоми синтез истифодашуда ва зерқабати ниҳоии баъдан кафшаршуда як қисманд ё қисмҳои гуногун.

Хусусиятҳои нанопластинаҳои графен

Диаметри нанопластинаҳои графени истифодашуда 5–10 µm, ғафсӣ 3–10 nm ва тозагӣ 99,5 фоиз дода шудааст. Графен маводест, ки аз қабатҳои дученакаи карбон иборат буда, масоҳати махсуси сатҳи баланд дорад.

Таҳқиқот хусусиятҳои асосии назариявӣ ё дар адабиёт гузоришшудаи графенро чунин меорад:

• Масоҳати махсуси сатҳ: Тақрибан 2,6×10³ m²/g
• Гузаронандагии ҳароратӣ: Тақрибан 5,3×10³ W/(m·K)
• Қувваи кашиш: Тақрибан 130 GPa
• Модули чандирӣ: Тақрибан 1 TPa

Ин қиматҳо хусусиятҳои бевосита ченшудаи композити дар таҳқиқот истифодашуда нестанд. Онҳо хусусиятҳои назариявӣ ё адабиётии маводи графен мебошанд. Гузаронандагии ҳароратӣ ё модули чандирии композити ниҳоии алмоси поликристаллӣ дар доираи таҳқиқот чен нашудааст.

Маводи ибтидоӣ

Хокаи ибтидоии алмос алмоси синтетикии микронии силсилаи W мебошад. Гарчанде дар таҳқиқот аз хокаҳои дорои қиматҳои 0,6, 5 ва 10 µm D₅₀ сухан меравад, гуфта шудааст, ки дар системаи асосии бо кремний пайвастшуда фраксияҳои 5 ва 10 µm якҷоя истифода шуда, қимати миёнаи D₅₀ тақрибан 7,5 µm буд.

Барои тоза кардани ифлосиҳои сатҳӣ ва қабатҳои адсорбшуда хокаи алмос аз коркардҳои зерин гузаронида шудааст:

• Тозакунии ишқорӣ бо гудозиши NaOH дар ҳарорати баланд,
• Ҷӯшонидан дар оби шоҳӣ,
• Гармкунӣ дар 600 °C зери вакуум.

Хокаи кремний ҳамчун пайвандкунанда, нанопластинаҳои графен ҳамчун тақвиятдиҳанда ва металҳои сахти WC-Co-и синфҳои YG8 ва YG16 барои зерқабати ниҳоӣ истифода шудаанд. Сатҳҳои пайвастшавии металли сахт суфта ва сайқал дода шуда, дар ацетон ва оби деионизатсияшуда бо ултрасадо тоза ва хушк карда шудаанд.

Графен чӣ гуна паҳн карда шудааст?

Нанопластинаҳои графен аввал тоза ва барои кам кардани ҷамъшавӣ бо ларзиши ултрасадоӣ пароканда карда шудаанд. Сипас графен, хокаи микронии алмос ва хокаи кремний мувофиқи таносубҳои тарҳрезишуда баркашида шудаанд.

Омехтаи хока барои таъмин кардани якхелагӣ 24 соат дар осиёби сайёравии тӯбдор омехта ва баъдан зери вакуум хушк карда шудааст.

Яке аз мушкилоти калонтарини графен дар композитҳо он аст, ки қабатҳо ба ҳам часпида, ҷамъ мешаванд. Таҳқиқот мегӯяд, ки парокандакунии ултрасадоӣ ва осиёбкунии тӯбдории дарозмуддат истифода шудааст; аммо харитаи зарраҳо, омори тақсимоти графен ё харитасозии EDS/Raman аз минтақаҳои гуногун, ки якхелагии омехтаро нишон диҳад, пешниҳод нашудааст.

Синтези ҳарорати баланд–фишори баланд

Синтез дар дастгоҳи фишори баланди шаш-сандонӣ анҷом дода шудааст. Шароити асосии раванд чунин аст:

• Фишор: 5,8 GPa
• Ҳарорат: 1600 °C
• Вақти нигоҳдорӣ: 120 сония

Ҳуҷайраи фишори баланд аз ҷузъҳое ба монанди пирофиллит, найчаи доломит, диски карбон, найчаи намак, зарфи молибден, лавҳаи титан, ҳалқаи пӯлоди гузаронанда, зерқабати металли сахт ва хокаи алмос иборат аст.

Қисмҳои пирофиллит ва доломит барои интиқоли фишор ва изолятсияи ҳароратӣ, ҷузъҳои карбон барои гармкунии барқӣ ва зарфи молибден барои ба вуҷуд овардани ҳаҷми реаксияи идорашаванда дар атрофи намуна истифода шудаанд.

Пас аз синтез кадом коркардҳо анҷом дода шуданд?

Пас аз синтез маводи капсулабандӣ ба монанди пирофиллит, доломит ва найчаи карбон аз сатҳи намуна дур карда шуданд. Намунаҳо аз рӯи аз ҳад зиёд синтершавӣ, нокифоя синтершавӣ, шикасти канор ва талафи қисм ба таври визуалӣ санҷида шуданд.

Қабати PCD бо лазер ба ғафсӣ ва геометрияи дилхоҳ бурида шуда, бо усули кафшари вакуумӣ ба зерқабати металли сахти WC-Co пайваст карда шудааст. Ҳамин тавр, барои барномаҳои асбоби бурранда композити PDC-и бо кремний миёнаравишуда ба даст оварда шудааст.

Намунаҳои муқоисашуда

Таҳқиқот ду таркиби асосиро муқоиса кардааст:

• PCD-и бо кремний пайвастшуда бе графен,
• PCD-и бо кремний пайвастшуда дорои 0,1 фоиз нанопластинаҳои графен аз рӯи масса.

Ғайр аз 0,1 фоиз, ҳиссаи пасттар ё баландтари графен санҷида нашудааст. Аз ин рӯ, натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки 0,1 фоиз байни ду шароити омӯхташуда муфид аст; аммо нишон намедиҳанд, ки ин ҳиссаи оптималии умумӣ мебошад.

Тасвирҳои SEM чиро нишон медиҳанд?

Шакли 2 дар саҳифаҳои чорум ва панҷуми таҳқиқот тасвирҳои микроскопи электронии сканкунандаи намунаҳои бе графен ва дорои 0,1 фоиз графенро бо калонкунии тақрибан 1500 маротиба муқоиса мекунад.

Гуфта шудааст, ки дар ҳар ду намуна фазаи пайвандкунанда дар атрофи зарраҳои алмос нисбатан пайваста аст ва тарқишҳои калон дида намешаванд. Муҳаққиқон хулоса кардаанд, ки илова кардани 0,1 фоиз графен зичшавиро вайрон накарда ва қабати поликристаллии бе тарқиш ба вуҷуд омадааст.

Аммо тасвирҳо танҳо минтақаҳои маҳдудро намояндагӣ мекунанд. Дар таҳқиқот ченкуниҳои миқдории зерин вуҷуд надоранд:

• Ҳиссаи ҳаҷмии ковокӣ,
• Тақсимоти андозаи ковокҳо,
• Масоҳати тамоси алмос–пайвандкунанда,
• Шумора ва андозаи ҷамъшавиҳои графен,
• Тағйироти зичӣ дар минтақаҳои гуногуни намуна.

Аз ин рӯ, хулосаи “сохтори зич ва бе тарқиш” тафсири сифатии минтақаҳои нишон додашудаи SEM мебошад.

Мушкилоти истилоҳотӣ оид ба сохтори пайванд

Дар тавсифи SEM гуфта шудааст, ки шумораи зиёди зарраҳои алмос тавассути кремний пайваст шуда, сохтори “алмос–кремний–алмос” ба вуҷуд меоранд. Баръакс, механизми асосии таҳқиқот ба вокуниши кремний бо карбон ва ташаккули SiC асос ёфтааст.

Азбаски дар намунаи XRD-и дорои графен қуллаи кремнийи озод дида нашудааст, интизор меравад қисми муҳими пулҳои пайвандкунанда сохтори “алмос–SiC–алмос” дошта бошанд. Дар матн ба қадри кофӣ ҷудо карда нашудааст, ки ифодаҳои D-Si-D ва D-SiC-D кадом фазаҳоро муайян мекунанд.

Таҳлили XRD чиро нишон медиҳад?

Таҳлили фаза бо дастгоҳи дифраксияи рентгенӣ бо истифода аз нури Cu Kα анҷом дода шудааст. Шароити ченкунӣ чунин аст:

• Дарозии мавҷ: 1,54 Å
• Шиддат: 40 kV
• Ҷараён: 100 mA
• Диапазони 2θ: 5°–90°
• Қадами сканкунӣ: 0,02°

Дар намунаи бе графен қуллаҳои алмос, β-SiC ва кремнийи озод дида шудаанд. Дар намунаи дорои 0,1 фоиз графен қуллаҳои алмос ва β-SiC боқӣ монда, қуллаҳои ҳамчун кремнийи озод нишонгузоришуда дида нашудаанд.

Мувофиқи тафсири муҳаққиқон, нанопластинаҳои графен аз сабаби масоҳати баланди сатҳ манбаи иловагии карбон фароҳам оварда, табдили зеринро пеш бурдаанд:

\[ \mathrm{Serbest\ Si + Grafen\ Karbonu \rightarrow \beta-SiC} \]

Ин раванд метавонад миқдори кремнийи озодеро, ки пас аз хунуккунӣ дар сохтор боқӣ мемонад, кам карда бошад.

Оё кремнийи озод воқеан пурра нест шудааст?

Дар намунаи XRD дида нашудани қуллаи як фаза комилан набудани ҳамон фазаро қатъӣ исбот намекунад. Миқдори фаза метавонад аз ҳадди ошкоркунии усул поёнтар бошад; қуллаҳо метавонанд бо фазаҳои дигар ҳампӯш шаванд ё андозаи кристалл ва самтгирӣ сигналро заиф кунанд.

Барои қавитар тасдиқ кардани пурра истеъмол шудани кремнийи озод усулҳои иловагии зерин метавонанд зарур бошанд:

• Таҳлили миқдории фазавии XRD бо усули Rietveld,
• Харитасозии элементии SEM-EDS,
• Таҳлили сарҳади фаза дар микроскопи электронӣ,
• NMR-и ҳолати сахт ё мувофиқсозии пешрафтаи Raman,
• Таҳлили химиявие, ки кремнийи озодро интихобан ҳал мекунад.

Хулосаи эҳтиёткортаре, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад, ин аст, ки ҳангоми илова кардани 0,1 фоиз графен сигнали кремнийи озоди бо XRD ошкоршаванда нопадид шудааст.

Чаро кремнийи озод метавонад мушкил эҷод кунад?

Кремний ҳангоми хунуккунӣ метавонад дар сохтори кристаллӣ ва зичӣ тағйир ёбад. Агар дар PCD кремнийи озод боқӣ монад, ин тағйироти ҳаҷм метавонад ба деформатсияҳои маҳаллӣ оварда расонад, ки бо фазаҳои алмос ва SiC номувофиқанд.

Натиҷаҳои эҳтимолӣ инҳоянд:

• Шиддатҳои боқимондаи кашиш ё фишор,
• Ҷудошавӣ дар интерфейси алмос–пайвандкунанда,
• Ташаккули микротарқишҳо,
• Коҳиши муқовимат ба зарба ва фарсудашавӣ,
• Афзоиши осеб ҳангоми даврҳои ҳароратӣ.

Дар таҳқиқот шиддати боқимонда ё зичии микротарқишҳо мустақиман чен нашудааст. Шарҳи коҳиш ёфтани шиддат бо кам шудани кремнийи озод пайванди тафсирӣ байни таҳлили фаза ва натиҷаҳои механикӣ мебошад.

Таҳлили Raman чиро нишон медиҳад?

Гуфта шудааст, ки дар ченкуниҳои Raman лазери дарозии мавҷи 514 nm ва диапазони сканкунии 1000–1800 cm⁻¹ истифода шудааст. Бо вуҷуди ин, меҳвари графики пешниҳодшудаи Raman то тақрибан 3000 cm⁻¹ мерасад. Ин боз як номувофиқии диапазон байни матни усул ва шакл мебошад.

Дар график тақрибан қуллаҳои зерин нишон дода шудаанд:

• 1332,8 cm⁻¹: Қуллаи хоси Raman-и алмос,
• 1351,2 cm⁻¹: Қуллае, ки ҳамчун банди D-и вобаста ба нуқсони графен тафсир шудааст,
• 1590,3 cm⁻¹: Қуллае, ки бо банди G-и сохтори графит ё графен мувофиқ аст,
• 2699,5 cm⁻¹: Қуллае, ки бо банди 2D-и графен мувофиқ аст.

Муҳаққиқон дида шудани бандҳои D ва 2D-ро нишонаи он арзёбӣ кардаанд, ки як қисми графен пас аз синтез дар 1600 °C ва 5,8 GPa дар сохтор боқӣ мондааст.

Аммо қуллаи 1332 cm⁻¹-и алмос ва банди D-и тақрибан 1350 cm⁻¹-и графен ба ҳам хеле наздиканд. Азбаски ҷудокунии қуллаҳо, таҳлили хатти асосӣ ё таносубҳои шиддатнокии D/G ва 2D/G дода нашудаанд, миқдори графени боқимонда ба таври миқдорӣ муайян карда нашудааст.

Хусусиятҳои механикӣ чӣ гуна чен шудаанд?

Дар санҷиши сахтии Vickers бори 98 N ва вақти нигоҳдории 15 сония истифода шудааст. Муқовимат ба фарсудашавӣ бо таносуби фарсудашавӣ, ки мувофиқи усули JB/T 3235-2013 бо чархи суфтакунандаи карбиди кремнийи пайванди шишашудаи рақами 80 чен шудааст, ифода гардидааст.

Қувваи фишурдашавӣ бо дастгоҳи универсалии санҷиши механикӣ муайян шудааст; аммо геометрияи намуна, суръати боркунӣ, шумораи намунаҳо ва меъёри шикаст дода нашудаанд.

Устувории ҳароратӣ тавассути ҳарорати оғози оксидшавии қабати поликристаллӣ дар таҳлили ҳамзамони ҳароратӣ, ки дар атмосфераи ҳаво бо суръати гармкунии 20 °C дар як дақиқа анҷом дода шудааст, арзёбӣ шудааст.

Илова кардани графен хусусиятҳои механикиро чӣ гуна тағйир додааст?

Беҳбудии фоизиро умуман бо муносибати зерин ҳисоб кардан мумкин аст:

\[ \mathrm{İyileşme\ (\%)} = \frac{X_{\mathrm{grafenli}}-X_{\mathrm{grafensiz}}} {X_{\mathrm{grafensiz}}}\times100 \]

Азбаски қиматҳои намунаи бе графен дар ҷадвал бо аломати тахминӣ дода шудаанд, байни фоизҳои мустақиман аз нав ҳисобшуда ва фоизҳои гузоришшудаи таҳқиқот фарқҳои хурди гирдкунӣ вуҷуд дошта метавонанд.

Таносуби фарсудашавӣ чӣ гуна бояд тафсир шавад?

“Abrasion ratio” дар таҳқиқот нишондиҳандаи иҷроест, ки таносуби миқдори маводи муқобили ҳангоми коркарди абразивӣ хориҷшуда ё фарсудашуда ба талафи ҳаҷмии PCD-ро ифода мекунад. Дар усули истифодашуда таносуби баландтар маънои онро дорад, ки бо ҳамон талафи PCD кори бештар иҷро мешавад ва бинобар ин муқовимат ба фарсудашавӣ баландтар аст.

Бо илова кардани графен аз 11,60×10⁴ то 13,49×10⁴ боло рафтани қимат ҳамчун беҳбудии 16,29-фоизаи муқовимат ба фарсудашавӣ дар шароити таҳқиқот тафсир шудааст.

Ин натиҷа барои санги муайяни карбиди кремний, бор ва стандарти санҷиш эътибор дорад. Нишон дода нашудааст, ки ҳангоми пармакунии санг, буридани металл ё коркарди композитҳо ҳамон фоизи афзоиши умри асбоб ба даст меояд.

Натиҷаи ҳарорати оксидшавӣ

Дар каҷҳои термогравиметрӣ оғози талафи массаи намунаи бе графен тақрибан дар 1070 °C ва намунаи дорои графен тақрибан дар 1115 °C нишон дода шудааст. Ин маънои 45 °C афзоиш дар ҳарорати оғози оксидшавиро дорад.

Муҳаққиқон ин беҳбудиро бо кам шудани кремнийи озод, зиёд шудани ҳиссаи SiC ва гузаронандагии ҳароратии баланди графен шарҳ медиҳанд.

Аммо дар бахши усул диапазони таҳлили ҳароратӣ аз ҳарорати хона то 1000 °C дода шудааст. Барои чен кардани қиматҳои 1070 ва 1115 °C таҷриба бояд аз 1000 °C болотар идома ёфта бошад. Меҳвари Шакли 5 тақрибан то 1400 °C мерасад. Аз ин рӯ, ҳадди болоии 1000 °C, ки дар усул навишта шудааст, эҳтимол нопурра ё хато аст; таҳқиқот инро шарҳ надодааст.

Чор механизми пешниҳодшудаи таъсири графен

1. Кам кардани кремнийи озод ва зиёд кардани ташаккули SiC

Графен сатҳи иловагии карбонро фароҳам меорад, ки метавонад бо кремний вокуниш кунад. Ҳамин тавр, қисми бештари кремнийи фазаи пайвандкунанда метавонад ба SiC табдил ёбад. Кам шудани кремнийи озод метавонад тағйироти ҳаҷмӣ аз сабаби хунуккунӣ ва хавфи шиддати дохилиро кам кунад.

2. Беҳтар кардани интиқоли гармӣ

Аз сабаби гузаронандагии баланди ҳароратии графен пешниҳод мешавад, ки гармии ҳангоми буриш ё пармакунӣ ҳосилшуда метавонад аз қабати поликристаллӣ зудтар дур шавад. Ин механизм метавонад графитшавии алмос дар ҳарорати баланд ва оксидшавии онро дар ҳаво ба таъхир андозад.

Аммо гузаронандагии ҳароратии композити ниҳоӣ ё ҳарорати сатҳ ҳангоми буриши воқеӣ чен нашудааст. Аз ин рӯ, шарҳи асосёфта ба интиқоли гармӣ натиҷаи мустақими таҷрибавӣ нест, балки пешниҳоди механизм бар асоси хусусиятҳои мавод мебошад.

3. Пулсозии сарҳади дона ва каҷ кардани тарқиш

Мувофиқи таҳқиқот, нанопластинаҳои графени пас аз синтез боқимонда метавонанд дар минтақаҳои сарҳади сегона байни донаҳои алмос ҷойгир шаванд. Сохтори қабатӣ метавонад байни сатҳҳои тарқиш пул сохта, кушода шудани тарқишро маҳдуд кунад; лағжиши қабатҳои графен низ метавонад як қисми энергияи шикастро сарф кунад.

Бо вуҷуди ин, тобоварии шикаст, қувваи хамиш, дарозии тарқиш ё сатҳи шикаст омӯхта нашудааст. Аз ин рӯ, механизми пулсозии графен мустақиман тасвир ва ба таври миқдорӣ тасдиқ нашудааст.

4. Беҳтар кардани ҷойгиршавии хока ва якхелагии синтершавӣ

Пешниҳод мешавад, ки сохтори қабатии камсоиши графен ҳангоми пресскунии сард метавонад соиш байни зарраҳои алмосро кам карда, аз нав ҷойгиршавии зарраҳо ва пур шудани холигиҳоро осон кунад.

Аммо зичии пресскунӣ, ковокии ибтидоӣ, ҳаракати зарраҳо ё зичии синтершуда ба таври миқдорӣ чен нашудаанд. Зич намоён шудани тасвирҳои SEM далели мустақими ин механизм нест.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• 0,1 фоиз нанопластинаҳои графен дар шароити синтези омӯхташуда ба зичшавии равшани қабати PCD халал нарасондааст.
• Дар намунаи бе графен сигнали кремнийи озод бо XRD дида шудааст, дар намунаи дорои графен ҳамон сигнал ошкор нашудааст.
• Дар намунаи дорои графен фазаҳои алмос ва β-SiC нигоҳ дошта шудаанд.
• Дар спектри Raman дар минтақаҳои D, G ва 2D, ки бо графен вобаста карда мешаванд, сигналҳо дида шудаанд.
• Илова кардани 0,1 фоиз графен сахтӣ, таносуби фарсудашавӣ ва қувваи фишурдашавиро зиёд кардааст.
• Ҳарорати оғози оксидшавии намунаи дорои графен дар таҳқиқот 45 °C баландтар гузориш шудааст.
• Ба назар мерасад, ки муқовимати фарсудашавии PCD-и бо кремний пайвастшуда бо илова кардани миқдори хеле ками наномаводи карбон беҳтар карда мешавад.

Таҳқиқот чиро исбот намекунад?

• Исбот намекунад, ки 0,1 фоиз ҳиссаи беҳтарини графен аст.
• Қатъӣ нишон намедиҳад, ки кремнийи озод аз ҷиҳати атомӣ ё ҳаҷмӣ пурра ба сифр расидааст.
• Мустақиман чен намекунад, ки графен гузаронандагии ҳароратии композити ниҳоиро зиёд кардааст.
• Ба таври таҷрибавӣ нишон намедиҳад, ки графен тобоварии шикастро зиёд кардааст.
• Мустақиман тасвир намекунад, ки нанопластинаҳои графен дар сарҳади донаҳо пул ташкил кардаанд.
• Нишон намедиҳад, ки дар шароити воқеии пармакунӣ ё коркарди буриш умри асбоб 16,29 фоиз зиёд мешавад.
• Даври ҳароратӣ, зарба, хастагӣ ё муқовимати оксидшавии дарозмуддатро арзёбӣ намекунад.
• Исбот намекунад, ки тақсимоти графен дар тамоми ҳаҷми намуна якхела аст.
• Нишон намедиҳад, ки истеҳсол иқтисодӣ, миқёспазир ё барои истеҳсоли силсилавии асбоб омода аст.
• Нишон намедиҳад, ки бо андозаҳои гуногуни донаи алмос, таносубҳои кремний ва синфҳои зерқабати металли сахт ҳамон натиҷаҳо ба даст меоянд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

• Танҳо ду таркиб — бе графен ва дорои 0,1 фоиз графен — муқоиса шудааст.
• Шумораи такрори намунаҳо нишон дода нашудааст.
• Инҳирофи стандартӣ, сутуни хато, фосилаи эътимод ё санҷиши аҳамиятнокӣ дода нашудааст.
• Бо таҳлили химиявӣ тасдиқ нашудааст, ки миқдори графен воқеан дар сатҳи 0,1 фоиз боқӣ мондааст.
• Тақсимот ва ҷамъшавии графен ба таври миқдорӣ омӯхта нашудааст.
• Фазаҳои XRD бо таҳлили Rietveld миқдорӣ карда нашудаанд.
• Миқдори кремнийи озод бо усули мустақил чен нашудааст.
• Шиддати боқимонда ва шиддати ҳаҷмии аз хунуккунӣ ба вуҷудомада бевосита чен нашудаанд.
• Гузаронандагии ҳароратӣ чен нашудааст.
• Тобоварии шикаст ва муқовимат ба зарба чен нашудаанд.
• Гарчанде гуфта шудааст, ки дастгоҳи EDS истифода шудааст, харитаи равшани EDS ё натиҷаи миқдорӣ пешниҳод нашудааст.
• Тасвирҳои SEM ба минтақаҳои маҳдуд тааллуқ доранд ва қимати ковокӣ дода нашудааст.
• Диапазони 1000–1800 cm⁻¹ дар усули Raman бо графике, ки қуллаи 2699 cm⁻¹-ро дар бар мегирад, мувофиқат намекунад.
• Усули таҳлили ҳароратӣ ҳадди болоии 1000 °C-ро гузориш мекунад, дар ҳоле ки натиҷаҳо то 1115 °C мерасанд.
• Муносибати PCD бо зерқабати металли сахт ҳангоми синтез ва баъд аз он ҳангоми кафшаршавӣ ба қадри кофӣ шарҳ дода нашудааст.
• Маълумоти муаллифон байни матни боршуда ва сабти метамаълумоти SSRN мувофиқат намекунад.

Таҷрибаҳое, ки дар оянда бояд анҷом дода шаванд

Ҳиссаи графен бояд аз сифр то 0,1 фоиз бо қадамҳои хурдтар ва дар сатҳҳои гуногун аз 0,1 фоиз боло санҷида шавад. Бояд омӯхта шавад, ки графени зиёдатӣ таъсирҳои манфӣ, ба монанди ҷамъшавӣ, синтершавии нокифоя ё кам шудани пайвандҳои алмос–алмос ба вуҷуд меорад ё не.

Барои ҳар таркиб шумораи кофии синтезҳои мустақил иҷро шуда, натиҷаҳои сахтӣ, фарсудашавӣ ва фишурдашавӣ бо миёна, инҳирофи стандартӣ ва фосилаҳои эътимод дода шаванд. Ҳамин тавр муайян кардан мумкин мешавад, ки фарқҳои мушоҳидашуда аз тағйирёбии намунаҳо калонтаранд ё не.

Миқдори кремнийи озод ва SiC бояд бо XRD-и миқдорӣ, микроскопи электронӣ ва таҳлили химиявӣ чен карда шавад. Бо харитасозии Raman бояд омӯхта шавад, ки графен дар кадом минтақаҳо боқӣ мемонад, ҷамъ мешавад ё не ва дар давоми синтез чӣ қадар ба SiC табдил меёбад.

Санҷишҳои тобоварии шикаст, хамиши се нуқта, зарба ва даври ҳароратӣ илова карда шаванд; сатҳҳои шикаст бо SEM ва агар имкон бошад, бо микроскопи электронии интиқолӣ омӯхта шуда, механизмҳои пулсозии графен ва каҷшавии тарқиш мустақиман нишон дода шаванд.

Дар марҳилаи ниҳоӣ нӯгҳои бурранда бояд дар гранит, бетон, алюминийи дорои кремнийи баланд ва дигар маводи душвортарош ба санҷишҳои воқеии умри асбоб дучор карда шаванд. Қувваи буриш, ҳарорати асбоб, ҳаҷми фарсудашавӣ, шикасти канор ва сифати сатҳи коркардшуда якҷоя арзёбӣ шаванд.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи тарҳи таҷриба

Хусусиятҳои асосии маводи ибтидоӣ

Дастгоҳҳо ва шароити тавсиф

Хулосаи натиҷаҳои механикӣ ва ҳароратӣ

Рӯйхати санҷиши эътимоднокии натиҷаҳо

Маънои илмии шаклҳо ва ҷадвалҳо

• Шакли 1: Сохтори қабатии ҳуҷайраи синтези фишори баландро, ки аз пирофиллит, доломит, диски карбон, зарфи молибден, зерқабати металли сахт ва хокаи алмос иборат аст, нишон медиҳад.
• Шакли 2: Тасвирҳои SEM-и намунаҳои PCD-и бе графен ва дорои 0,1 фоиз графенро муқоиса карда, нишон медиҳад, ки ҳар ду намуна аз ҷиҳати сифатӣ зич ва аз тарқишҳои калон озод менамоянд.
• Шакли 3: Дар намунаи бе графен қуллаҳои алмос, β-SiC ва кремнийи озод; дар намунаи дорои графен бошад қуллаҳои алмос ва β-SiC-ро нишон медиҳад.
• Шакли 4: Қуллаҳои Raman-и вобаста ба алмос ва графенро пешниҳод карда, ишора мекунад, ки пас аз синтез як қисми карбон бо сохтори монанд ба графен нигоҳ дошта шуда бошад.
• Ҷадвали 1: Тағйирот дар сахтӣ, таносуби фарсудашавӣ, қувваи фишурдашавӣ ва ҳарорати оғози оксидшавиро ба таври ададӣ муқоиса мекунад.
• Шакли 5: Каҷҳои термогравиметрии қабатҳои алмоси поликристаллии бе графен ва дорои графенро муқоиса карда, нишон медиҳад, ки оғози оксидшавӣ аз 1070 °C то 1115 °C ҷойиваз шудааст.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Preparation and Characterization of Graphene Nanoplatelet-Modified Silicon-Bonded Polycrystalline Diamond Composites

Муаллифон ва тартиби онҳо дар матни пурраи боршуда: Dandan Li, Xuefeng Yang ва Zhengxin Li.

Муаллифи якуми баробар: Маълумоти саҳми баробар ё муаллифии якуми баробар нишон дода нашудааст.

Муаллифони масъул дар матни боршуда: Xuefeng Yang ва Zhengxin Li.

Робитаҳои институтсионалӣ:

• School of Materials Science and Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou, China
• School of Materials Engineering, Henan Polytechnic College, Zhengzhou, China

Dandan Li ва Zhengxin Li ҳамчун вобаста ба Henan University of Technology; Xuefeng Yang бошад ҳамчун вобаста ба Henan Polytechnic College нишон дода шудаанд.

Номувофиқии библиографӣ: Маълумоти муаллифон ва муаллифони масъул дар матни боршуда бо сабти метамаълумоти SSRN дар вақти дастрасӣ мувофиқат намекунад. Сабти SSRN номҳои Dandan Li ва Yuchang Wang-ро нишон медиҳад. То замони дақиқ шудани рӯйхати муаллифон, дар нашрияҳои дуюмдараҷа танҳо метамаълумоти автоматӣ набояд истифода шавад.

DOI: 10.2139/ssrn.7195325. DOI ба сабти preprint-и SSRN тааллуқ дорад ва набояд ҳамчун DOI-и мақолаи маҷаллаи тақризшуда арзёбӣ шавад.

Маҷалла: Номи маҷаллаи тақризшуда нишон дода нашудааст ва версияи нашршудаи маҷалла тасдиқ нашудааст.

Платформаи нашр: SSRN.

Рақами хулосаи SSRN: 7195325.

Соли нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Preprint-и таҷрибавии илми мавод, ки синтези ҳарорати баланд–фишори баланд, микроскопи электронӣ, XRD, Raman, санҷишҳои механикӣ ва таҳлили ҳароратиро дар бар мегирад.

Ҳолати тақриз: Таҳқиқот аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст. Дар ҳар саҳифа огоҳии preprint ва таҳқиқоти тақризнашуда мавҷуд аст.

Пайванди расмӣ:https://ssrn.com/abstract=7195325

Маблағгузорӣ: Дар матни боршуда баёнияи алоҳидаи маблағгузорӣ мавҷуд нест.

Саҳми муаллифон: Баёнияи саҳми муаллифон аз рӯи шахс дода нашудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Баёнияи алоҳидаи бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.

Дастрасии додаҳо: Барои файлҳои хоми XRD ва Raman, маҷмӯи пурраи тасвирҳои SEM, натиҷаҳои механикии ҳар намуна ва таркиби пурраи дорухати истеҳсол пайванди додаҳои кушода пешниҳод нашудааст.

Ин мақолаи туркӣ бо баррасии матни пурраи нӯҳсаҳифагии таҳқиқоти боршуда, схемаи ҳуҷайраи фишори баланд, тасвирҳои SEM, намунаҳои XRD, спектри Raman, каҷҳои термогравиметрӣ ва ҷадвали хусусиятҳои механикӣ омода шудааст. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи сабти SSRN, DOI ва маълумоти библиографии шахсият истифода шудаанд; ба мундариҷаи илмӣ аз берун натиҷаи таҷрибавӣ илова нашудааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот инҳоянд: танҳо як ҳиссаи графен санҷида шудааст, шумораи такрорҳо ва тақсимоти оморӣ дода нашудааст, кремнийи озод ба таври миқдорӣ чен нашудааст, тақсимоти графен харитасозӣ нашудааст, гузаронандагии ҳароратӣ ва тобоварии шикаст мустақиман санҷида нашудаанд, санҷишҳои воқеии буриш ё пармакунӣ вуҷуд надоранд, дар диапазонҳои Raman ва таҳлили ҳароратӣ номувофиқии усул–шакл ҳаст ва байни метамаълумоти расмӣ ва матни пурра дар номи муаллифон фарқ мавҷуд аст.