فیلامنت های کامپوزیتی بر پایه نانولوله های کربنی برای چاپ سه بعدی قطعات ساختاریِ رسانا

تولید برهم افزا (AM) که همچنین با نام چاپ سه بعدی شناخته می شود، در دهه 90 گسترش یافت و به طور مداوم در حال رشد می باشد، یکی از نویدبخش ترین زمینه ها، ساخت قطعاتی از نمونه های اولیه تا محصولات نهایی با هندسه های پیچیده است. امروزه این تکنیک در بسیاری از صنایع مختلف مانند: زیست داروها (Biomedicine)، ساخت و ساز، مد، صنایع فضایی، خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و بسیاری از دیگر زمینه ها به کار گرفته می شود.

  1. مقدمه

 تولید برهم افزا (AM) که همچنین با نام چاپ سه بعدی شناخته می شود، در دهه 90 گسترش یافت و به طور مداوم در حال رشد می باشد، یکی از نویدبخش ترین زمینه ها، ساخت قطعاتی از نمونه های اولیه تا محصولات نهایی با هندسه های پیچیده است. امروزه این تکنیک در بسیاری از صنایع  مختلف مانند: زیست داروها (Biomedicine)، ساخت و ساز، مد، صنایع فضایی، خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و بسیاری از دیگر  زمینه ها به کار گرفته می شود. تولید برهم افزا به دلیل امکان دستیابی به شکل‏ های پیچیده با انعطاف پذیری مناسب با هدف اعمال تغییراتِ ساده تر در کنار ضایعات کمتر، مزیّت منحصر به فردی نسبت به روش های ساخت و تولیدِ سنتی دارد که در نتیجه تأثیر مثبتی بر محیط زیست نیز، دارد.

در میان تکنیک‌های متفاوت ساخت بر‏هم افزا (AM)، روش FDM با استفاده از مواد پلیمری به دلایلی همچون در دسترس بودن، هزینه کم مواد و کیفیت نسبتاً بالای نمونه های نهایی تولید شده، بیشترین توجه را به خود جلب کرده است. در روش FDM نازل، لایه ای از مواد را روی یک بستر یا یکی از لایه ها حرکت می دهد و اکسترود می کند تا مستقیماً اجزای سه بعدی مورد نظر را ساخته و در نهایت ساختار فضایی مورد نظر شکل بگیرد. برای اطمینان از خواص حرارتی و رئولوژیکی مناسب مواد اکسترود شده، مواد متداول مورد استفاده مثل ABS (اکریلونیتریل بوتادی ان استایرن)، PLA (پلی لاکتیک اسید)، و PETG (پلی اتیلن ترفتالات گلایکول )، همچنین برای کاربردهای تخصصی می‏ توان از پلیمرهای مهندسی با خواص مکانیکی و حرارتی بالاتر مانند PEEK (پلی اتر اتر کتون)، نایلون،  PEI (پلی اتر ایمید) و بسیاری دیگر استفاده کرد. هم زمان با توسعه فناوری  FDM، محققان کار بر روی مواد جدید را آغاز کرده اند تا امکان تولید اِلمان های با خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی بهبود یافته را نیز فراهم آورند.

این روش علی‏رغم مزایای بی شماری که نسبت به روش های تولید سنتی دارد معایبی نیز دارد. از جمله می ‏توان به خواص مکانیکی ضعیف که ناشی از ماهیت مواد مورد استفاده نیز می باشد اشاره نمود که به طور قابل توجهی استفاده از آنها را محدود می کند. به طور مثال در محصولاتی مانند قطعاتی که بار بر روی آن ها قرار می‏گیرد، استفاده از قطعات تولیدی با این روش پیشنهاد نمی‏گردد. در ابتدایی ترین نسخه از فناوری FDM، امکان ساخت قطعات فقط از پلیمرهای ترموپلاستیک وجود داشت و دانشمندان مطالعات متعددی برای بهبود خواص مکانیکی قطعات چاپ شده انجام دادند، سر انجام با بهینه سازی پارامترهای چاپ مانند ارتفاع لایه، سرعت چاپ یا جهت چاپ به نتایج خوبی دست یافتند. با این حال، صرف نظر از بهینه ‌سازی فرآیند چاپ، قطعات چاپ شده دارای محدودیت‌های متعددی هستند که ناشی از چسبندگی و تخلخل می باشد که امکان تولید با درصد پرشوندگی (filling) 100% را غیر ممکن می سازد.

یکی از روش های بهبود خواص مکانیکی قطعات پرینت سه بعدی شده با روش FDM، استفاده از مواد کامپوزیتی است. برای توسعه این نوع از مواد، لازم است ماتریس پلیمری مناسب (که بیشترین تاثیر را در خواص مکانیکی و رئولوژیکی فیلامنت دارد) و فاز عملکردی  (که باعث بهبود خواص مکانیکی و حفظ خواص فرآیندی مناسب کامپوزیت می شود) تعیین شود. فازهای عملکردی به شکل هایی از جمله: کربن پیوسته، انواع الیاف، الیاف شیشه کوتاه، الیاف کربن و مواد نانوکامپوزیتی به منظور بهبود خواص مکانیکی قطعات چاپ شده با روش FDM می باشند. استفاده از فاز عملکردی مناسب نه تنها باعث افزایش خواص مکانیکی می شود بلکه باعث دستیابی به سایر خواص منحصر به فرد (به عنوان مثال، هدایت الکتریکی) نیز می‏ شوند. با توجه به توسعه انواع جدیدی از مواد کامپوزیت تخصصی مورد استفاده در فناوری FDM، ساختارهای رسانای سه بعدی نیز قابل دستیابی و تولید هستند که مسیر اصلی را برای توسعه لوازم الکترونیکی باز می کنند. یکی از مواردی که در فاز کاربردی علاوه بر بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت، رسانایی الکتریکی را نیز به کامپوزیت های پلیمری اضافه می کند، نانولوله های کربنی (CNT) است.

این تحقیق به تحلیل و تشریح فرآیند ساخت فیلامنت های کامپوزیتی ماتریس آکریلونیتریل بوتادی ان استایرن (ABS)  پر شده با مقادیر مختلفی از نانولوله‌های کربنی (CNT) و همچنین بررسی رفتار مکانیکی و الکتریکی سازه های پرینت شده می پردازد. انتظار می رود که گروهی از مواد برای ساخت قطعات الکترونیکی با استفاده از فناوری ساخت بر هم افزا با روش FDM تولید و استفاده شود.

هدف اصلی، توسعه فیلامنت کامپوزیتی با خواص مکانیکی بهبود یافته و همچنین هدایت الکتریکی خوب می باشد که  با پارامترهای رئولوژیکی و فرآیندی مناسب همراه باشد و امکان استفاده از آن در چاپگرهای سه بعدی غیر صنعتی(خانگی، آزمایشگاهی و غیره) با روش FDM را نیز دارا باشد.

  1. مواد و روش ها

  • 2-1 مواد مورد استفاده

مواد مورد استفاده برای فیلامنت های کامپوزیتی شامل: نانولوله های کربنی چند جداره  و اکریلونیتریل بوتادی ان استایرن می‏باشد. (لازم به ذکر است که استون به عنوان حلال ABS استفاده شد.) مشخصات CNT شامل قطر متوسط 20 نانومتر، طول متوسط 1 الی 5 میکرومتر و سطح ویژه 250-300 متر مربع بر گرم می باشد.

شکل 1 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از CNT را نشان می دهد. ABS نیز به دلیل استفاده گسترده در چاپ سه بعدی و خواص مکانیکی خوب، دمای فرآیندی و رئولوژی مناسب با روش FDM، به عنوان ماده ماتریس یا زمینه استفاده شد. همچنینCNT به دلیل خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به فردِ خود به عنوان فاز کاربردی انتخاب شد، زیرا به کمک آن کامپوزیت های رسانای الکتریکی با خواص مکانیکی بهبود یافته ای را  می توان تولید کرد که به عنوان جایگزینی برای سایر فازهای رسانای غیرکربنی (مانند پودرهای فلزی که معمولاً خواص مکانیکی کامپوزیت را کاهش می دهند)، استفاده می شوند.

 

  • 2-2 آماده سازی کامپوزیت

اولین مرحله از آماده سازی مواد کامپوزیت، باز کردن توده های CNT به کمک میکس فراصوتی CNT در استون  می باشد. پس از باز شدن توده ها، پلیمر به تدریج به سوسپانسیون (استون/CNT) اضافه می‏گردد. مخلوط کردن محلول ABS/CNT در استون با استفاده از همزن مغناطیسی انجام می‏ شود. پس از تهیه مخلوط همگن ABS/CNT ، آن را در یک ظرف بزرگ ریخته و ظرف حاوی مخلوط به مدت یک شب در دمای اتاق قرار می‏گیرد تا استون باقی مانده آن تبخیر شود. سپس مواد  باید دانه بندی(گرانول) شوند و در خشک کن قرار گیرند تا حلال باقیمانده نیز تبخیر گردد.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده ، برای تهیه فیلامنت هایی با قطر ثابت می ‏توان از اکسترودر تک پیچه استفاده نمود. همچنین برای کنترل قطر فیلامنت های اکسترود شده، امکان تعویض نازل با قطرهای مختلف وجود دارد.

فیلامنت های کامپوزیتی ABS / CNT به ترتیب با 0.99 ، 1.96 ، 4.76 و 9.09 درصد وزنی از مواد پرکننده مورد بررسی قرار گرفتند. دمای اکستروژن پایین باعث کاهش نرخ جریان می شود که منجر به گرفتگی نازل اکسترودر و در نهایت  به دست آوردن فیلامنت های ناهمگن می شود. از طرف دیگر، دمای اکستروژن بالا علاوه بر تخریب حرارتی پلیمر، باعث می‌شود که مواد با سرعت بیش از حد جریان یابد و به دست آوردن فیلامنت با قطر ثابت مجدداً غیرممکن شود. در طی فرآیند اکستروژنِ فیلامنت ممکن است  که استون (با وجود خشک کردن قبل از فرآیند اکستروژن) به طور کامل تبخیر نشده و استون اضافی در طی فرآیند تبخیر شده و باعث تشکیل تخلخل داخلی شود و در نتیجه فیلامنت هایی نامنظم تولید شود، به همین دلیل پیشنهاد می شود فرآیند اکستروژن چندین بار تکرار شود(حداقل 4 بار) تا به  فیلامنت پیوسته، همگن و بدون تخلخل با قطری در محدوده 1.7 میلی متر تا 1.8 میلی متر (مانند شکل 3) دست یابیم . با توجه به اینکه کوپلیمر ABS در دمای 368 درجه سانتی تجزیه می شود، منطقی است که فرآیند حرارتی کامپوزیت ABS/CNT در حداکثر 240 درجه سانتیگراد تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی ماده نداشته باشد.

 

  • 2-3 پارامترهای چاپ در چاپگر FDM

جهت آماده سازی نمونه، یک پرینتر تجاری و ارزان قیمت FDM و نرم افزار Flashprint پیشنهاد می‏ شود، همچنین قطر نازل پرینتر 800 میکرومتر انتخاب خوبی است. شماتیک و ابعاد نمونه های آزمایشی مطابق با استاندارد های ISO در شکل 4 نشان داده شده است. تمام نمونه های آزمایشی با دمای نازل 240 درجه سانتیگراد و دمای صفحه پرینت 110 درجه سانتیگراد پرینت شده اند. ارتفاع لایه روی 200 میکرومتر، سرعت چاپ 30 میلی‌متر بر ثانیه، الگوی پر کردن خطی در 45 درجه و درصد پر کردن(Infill) 100 درصد می باشد. با انتخاب این متغییرها  نمونه های با کیفیت بالا را بدون گرفتگی نازل می توان پرینت کرد(شکل 5).

 

 

  1. نتایج و بررسی آنها

3.1 ویژگی های مکانیکی

خواص مکانیکی نمونه‌های پرینت شده از فیلامنت های کامپوزیتی ABS/CNT  به کمک دستگاه استاندارد خواص کششی تست شد. از آنجایی که هیچ استانداردی برای آزمایش نمونه های پرینت سه بعدی شده وجود ندارد، استانداردهای موجود برای قالب گیری تزریقی ترموپلاستیک ها مورد استفاده قرار گرفت. روش ها و شرایط آزمایش کشش مستقیماً بر اساس استانداردهای بین المللی   ISO 527-1:2012 و ISO 527-2:2012 بود. سرعت آزمایش کشش روی 1 میلی متر بر دقیقه تنظیم شد. پنج نمونه از هر فیلامنت کامپوزیتی برای کاهش خطا و افزایش دقت خواص مکانیکی نمونه‌ها چاپ و آزمایش شد. البته خواص مکانیکی مواد ساخته شده نیز با پلیمر خالص (ABS) مقایسه شده اند. در شکل 6 نتایج تست کششی نمونه های پرینت سه بعدی کامپوزیت های ABS/CNT قابل مشاهده می باشد. طبق تئوری استاندارد مواد کامپوزیتی، انتظار می رفت که نانو پرکننده، استحکام کششی کامپوزیت را افزایش دهد اما علی‌رغم این انتظارات طبق شکل 6 در برخی از نمونه ها  کاهش مقاومت کششی نسبت به مواد خالص مشاهده‌ شد و می توان نتیجه گرفت استحکام کششی برای  نمونه های با CNT کمتر (زیر 5 درصد وزنی) در مقایسه با نمونه مرجع کاهش یافته است ؛ همچنین بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، با افزایش میزان CNT  بهبودی در خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها مشاهده می گردد. از طرفی نمونه‌های با 9.09 درصد وزنی پرکننده، استحکام کششی بالاتری در مقایسه با نمونه‌ مرجع (ABS خالص) نشان می دهند.

به طور کلی افزودن نانوذرات ممکن است در پروسه چاپ مشکلاتی ایجاد کند. نانومواد بر روی خواص رئولوژیکی تاثیر می گذارند و باعث خارج شدن غیر یکنواخت مواد از نازل و در نتیجه باعث ایجاد فضای خالی در قطعات پرینت شده، لایه لایه شدن لایه‌های پرینت و در نهایت باعث ایجاد مشکل در چسبندگی می‌شود. به عنوان یک قاعده کلی، آستانه نفوذ مکانیکی برای چنین کامپوزیت‌هایی  تقریباً 9% برآورد می گردد. طبق شکل 7 در کامپوزیت‌های با محتوای CNT بالا، شاهد نانولوله‌های متصل و درهم‌پیچیده هستیم که در تمام طول نمونه ‏ی پرینت شده، حضور دارند و منجر به بهبود استحکام کششی کامپوزیت می‌شوند. در زیر آستانه، تعداد بسیار کمی از نانولوله‌ها به هم گره خورده و به هم متصل می‌شوند، بنابراین به ‌عنوان نقاطی عمل می‌کنند که استحکام کششی کامپوزیت را کاهش می‌دهند.

3.2 ویژگی های الکتریکی

اندازه گیری مقاومت جریان مستقیمِ نمونه های پرینت سه بعدی، با استفاده از روش four-probe به کمک مولتی متر انجام شد. لازم به ذکر است که نمونه هایی با مقاومت الکتریکی بالای 200 MΩ به عنوان نارسانا در نظر گرفته می‏ شوند. برای محاسبه مقاومت نمونه ها از رابطه (1) استفاده شد ( ρ =مقاومت حجمی، S= سطح مقطع، R= مقاومت نمونه اندازه گیری شده و l= طول نمونه).

    ρ = SR / L     

Equation ( 1 )

اولین تلاش‌ها برای اندازه‌گیری مقاومت با ولتاژ ثابت 12 ولت انجام شد. آزمایش‌ها نشان داد که اجزای چاپ ‌شده از کامپوزیت‌های حاوی 0.99 و 1.96 درصد وزنی از CNT مقاومت بالایی از خود نشان دادند (بالاتر از MΩ 200 ) و بنابراین به‌عنوان غیررسانا در نظر گرفته شدند. هنگامی که محتوای CNT به میزان بحرانی 4.76 درصد وزنی افزایش می یابد، مقاومت الکتریکی به  Ωm 2.5 کاهش می یابد. (آستانه نفوذ الکتریکی در میزان 4.76 درصد وزنی از CNT  می باشد، شایان ذکر است که آستانه نفوذ الکتریکی بسیار کمتر از نفوذ مکانیکی (9 درصد وزنی CNT)است. یعنی کامپوزیت با محتوای 4.76 درصد وزنی CNT ، حتی اگر آستانه نفوذ مکانیکی در میزان پرکننده بسیار بالا باشد، باز هم هدایت الکتریکی را نشان می‏ دهد.) با افزودن 9.09 درصد وزنی CNT، مقاومت متوسط ​​به  Ωm 0.15 کاهش می یابد، که این میزان به مواد اجازه می دهد در بسیاری از کاربردهای عملی استفاده شوند. این پدیده نشان می‌دهد که افزایش میزان  CNT در کامپوزیت ABS/CNT می‌تواند به دلیل رسانایی الکتریکی عالی CNT باشد که باعث ایجاد مسیرهای رسانای متعدد بر روی سطح و داخل نمونه های چاپ‌ سه بعدی می شوند. علت این پدیده مکانیزم تونل (tunneling mechanism) می‏ باشد. اتصالات الکتریکی بین دو ذره رسانا از دو مکانیسم مختلف ناشی می شود: تماس مکانیکی بین ذرات یا اثر تونل زنی الکترون که بر اساس تئوری کوانتومی تونل زنی؛ الکترون ها می توانند از مواد عایق  نیز عبور کنند و در شرایطی خاص باعث ایجاد جریان الکتریکی شوند. به عبارت دیگر، ممکن است یک جفت رسانا حاوی  (CNT) پراکنده در یک ماتریس پلیمری عایق  (ABS) به صورت الکتریکی به هم متصل شوند، و الکترون‌ها می‌توانند از یک جفت رسانا شامل  (CNT) به داخل دیگری عبور کنند، حتی اگر هیچ ارتباط فیزیکی بین آنها وجود نداشته باشد. در نتیجه حتی مقدار کمی از فاز رسانای CNT می تواند خواص رسانایی یک کامپوزیت را بهبود بخشد. با این حال، مقدار بیشتری از CNT برای بهبود خواص مکانیکی نیاز می باشد، زیرا برای افزایش استحکام کششی یک کامپوزیت، اتصال فیزیکی بین آنها ضروری است (شکل 7).

به منظور تایید وقوع اثر تونل زنی در کامپوزیت ها، ویژگی های جریان-ولتاژ نمونه های پرینت شده باید تعیین گردد. در مواردی که نوع مکانیزم هدایت الکتریکی در ماده بر اساس اثر تونل زنی است، مشخصه های جریان-ولتاژ خطی نیستند. غیر خطی بودن تنها به این دلیل که CNT ها مواد نیمه رسانا هستند، نمی باشد بلکه به تغییر در خواص الکتریکی شبکه از جمله نفوذ به عوامل خارجی مانند دما یا میدان الکتریکی بستگی دارد که به کاهش مقاومت اتصال ختم می‏ گردد.

شکل 8 ویژگی های I-V را برای نمونه های چاپ شده با رشته های ABS / CNT حاوی 4.76 و 9.09 درصد وزنی از CNT نشان می دهد. مشخصه ها با افزایش ولتاژ، کاهش مقاومت را نشان می دهند. این پدیده عمدتاً ناشی از افزایش مقدار جریان الکتریکی است که دمای کامپوزیت ها را افزایش می دهد و باعث کاهش مقاومت نمونه ها برای ولتاژهای بالاتر می شود. نانوکامپوزیت‌های حاوی CNT با ضریب مقاومت دمایی منفی (اثر NTC   ( (Negative Temperature Coefficien) مشخص می‌شوند؛ بدین معنی که مقاومت الکتریکی کامپوزیت در طول گرمایش کاهش می‌یابد. مشخصات جریان-ولتاژ برای افزایش و کاهش ولتاژ نیز تهیه شد. منحنی های اندازه گیری در  افزایش و کاهش ولتاژ  یک الگوی مشخص را دنبال نمی کنند و هیسترزیس الکتریکی(electrical hysteresis) قابل مشاهده است. همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، کمی افزایش در جریان اندازه گیری شده در طول چرخه ولتاژ کاهشی، مشاهده می شود. در چرخه افزایش ولتاژ، هدایت الکتریکی کمتر است. این پدیده ناشی از وقوع هیسترزیس در مشخصه I-V تونل زنی الکترون می باشد. پتانسیل الکتریکی مورد نیاز برای شروع فرآیند تونل زنی الکترون، بالاتر از حداقل پتانسیل لازم برای حفظ فرآیند است و این موضوع منجر به بهبود رسانایی کامپوزیت هنگامی که ابتدا ولتاژ بالاتر اعمال می شود، و مکانیسم تونل زنی در تعداد اتصالات بیشتر بین CNT ها آغاز می شود. البته  هنگامی که در ابتدا ولتاژ پایین اعمال می شود، فرآیند تونل زنی حتی با وجود چنین تعداد زیادی از اتصالات نمی تواند برقرار گردد. همچنین تفاوت کمتری در رسانایی، برای کامپوزیت هایی با محتوای CNT بالاتر، مشاهده شده است. این موضوع  به تعداد بیشتر اتصالات CNT مربوط می شود و توضیح می دهد که با افزایش میزان نانوذرات مکانیسم تونل زنی به شدت کاهش می یابد.

4.نتیجه گیری

فیلامنت های ABS/CNT با هدف استفاده در فرآیند برهم افزا با روش FDM تهیه شدند زیرا با تکنیک FDM  و به کمک  این فیلامنت های کامپوزیتی می توان اشکال پیچیده با خواص مد نظر را تولید کنیم. نتایج بدست آمده نشان می دهد که محتوای CNT تأثیر قابل توجه و غیرخطی بر خواص مکانیکی و الکتریکی دارد. مهم است که در طول اکستروژن و پرینت فیلامنت ها، پارامترهای فرآیندیِ بهینه، با هدف به دست آوردن فیلامنت های با کیفیت بالا و در نتیجه  قطعات چاپ شده سه بعدی با کیفیت، اعمال شود. پارامترهای کلیدی شامل سرعت (اکستروژن/ چاپ) و دمای سر نازل هستند. سرعت نیز نباید خیلی زیاد باشد، زیرا مقدار مناسبی از مواد به درستی در جای خود قرار نمی گیرند؛ همچنین زمانی که سرعت بسیار کم است، زمان چاپ بسیار طولانی است، که برای کاربردهای صنعتی قابل توجیه نمی باشد. از طرف دیگر، اگر دما خیلی پایین باشد، رشته به درستی ذوب نمی شود و فرآیند چاپ به مشکل می‏خورد.

آزمایش استحکام کششی نشان داد که استفاده از CNT به مقدار کم در کامپوزیت می تواند حداکثر مقاومت کششی قطعات چاپ شده را در مقایسه با موارد چاپ شده با ABS خالص کاهش دهد. در نقطه بالاتر از آستانه نفوذ مکانیکی نیز تخمین زده شده، افزودن 9.09 درصد وزنی CNT منجر به افزایش 12/6 درصدی در استحکام کششی می شود.

طی فرآیند مواد کامپوزیتی، استفاده از CNT با محتوای بالا (با هدف بهبود خواص مکانیکی و الکتریکی) مشکل ساز می باشد. از سوی دیگر اندازه گیری های هدایت الکتریکی نشان داد که قطعات پرینت شده با کامپوزیت های حاوی 4.76 و 9/09 درصد وزنی از CNT رسانای الکتریکی هستند. همچنین مشاهده می شود که برای یک مقدار ولتاژ ثابت برابر با 12 ولت، مقاومت متوسط ​​نمونه ها به 2.5 Ωm برای 4.76 درصد وزنی CNT و به 0.15 Ωm برای 9.09 درصد وزنی CNT می باشد.

مشخصات جریان ولتاژ نیز برای مواد تولیدی تعیین شد. تأثیر قابل توجهی از مکانیسم تونل بر روی خواص الکتریکی کامپوزیت های ABS / CNT مشاهده شد. غیر خطی بودن داده ها ثابت می کند، هدایت الکتریکی در چنین کامپوزیت هایی بر اساس  مکانیزم تونل زنی کوانتومی است. برای موادی با محتوای CNT بالاتر، وقوع تماس‌های فیزیکی بین نانولوله‌ها  که مسیرهای رسانا را در داخل کامپوزیت تشکیل می‌دهند، بیشتر و مهم‌تر می‌شود و در نتیجه کاهش مقاومت در مقادیر بالاتری از  ولتاژ نسبت به کامپوزیت‌های با محتوای CNT کمتر، مشاهده شد. برای مواد حاوی 76/4 درصد وزنی CNT، کاهش مقاومت در طول تغییر ولتاژ از 2 به 18 ولت، 83 درصد و برای مواد حاوی 9.09 درصد وزنی CNT ، 88 درصد بود (میزان کاهش مقاومت این مواد 3 درصد بیشتر می باشد). همچنین وقوع  (resistivity hysteresis) را بسته به ولتاژ اعمالی نشان داد. زمانی که مقدار ولتاژ کاهش می‌یابد در مقایسه با مقاومت ولتاژ افزایشی مقاومت کامپوزیت کمتر است. این رابطه مستقیماً با hysteresis رابطه I-V که در طول مکانیسم تونل زنی رخ می دهد، مرتبط است.

برای بررسی تأثیر سایر پرکننده‌های کربنی و فلزی بر خواص مکانیکی و الکتریکی کامپوزیت‌ها، پارامترهای پرینت سه بعدی  (سرعت، دما،  درصد پر کردن، ارتفاع لایه و غیره) و تخلخل اجزای چاپ ‌شده، مطالعات بیشتری مورد نیاز می باشد. با این حال، نتایج به‌ دست‌آمده و ارائه ‌شده نشان می‌دهد که فیلامنت ‌های ABS/CNT مواد امیدوارکننده‌ای برای تولید بر هم افزا با روش FDM هستند و ممکن است فرصت‌هایی را برای بسیاری از کاربردهای جدید در زمینه‌های صنعتی پیشرفته مانند ساختارهای الکترونیکی ، ساختارهای هوشمند، طراحی حسگرهای خاص و غیره باز کند.

  • Keywords:

             additive manufacturing; polymer matrix composite; structural electronic; fused deposition modeling; conductive composites; 3D printing

دیدگاه شما

 استانداردها

کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به شرکت رازین پلیمر است | 1400  |  طراحی و اجرا : آژانس تبلیغاتی هور