توصيفگر ها :
الياف كربن , لايه نشاني , نانوذرات , نيكل , كبالت , محافظت در برابر امواج الكترومغناطيس
چكيده فارسي :
الياف كربن (CFs) لايه نشاني شده با نانوذرات فلزات مغناطيسي توجه زيادي را براي كاربردهاي الكترونيكي پيشرفته به خود جلب كرده‌اند. از اين روي، آلياژهاي مغناطيسي از نيكل/كبالت (Ni/Co) با استفاده از فرايند آبكاري روي سطح الياف كربن جهت توليد NiCo-CFs پوشش داده شدند. براي اولين بار، آلياژهاي مختلف NiCo با تنظيم نسبت‌هاي مولي Ni2+ به Co2+ (1: 5/0، 1: 1 و 1: 2) به دست آمدند. ساختار سطحي، آناليز عنصري، رنگ، ريزساختار، افزايش وزن، هدايت الكتريكي و خواص مغناطيسي NiCo-CFs به عنوان تابعي از نسبت‌هاي مولي Ni2+ به Co2+ مورد بررسي قرار گرفت. مورفولوژي سطح و آناليز عنصري نشان داد كه نانوذرات آلياژ NiCo به طور يكنواخت روي سطوح CFs پوشش داده شده¬اند. با تغيير نسبت مولي Ni2+ به Co2+ از 5/0 : 1 به 1:2، ميانگين اندازه نانوذرات به طور مداوم از nm 14 ± 83 بهnm 194±42 افزايش يافت. علاوه بر اين، با افزايش اندازه نانوذرات، خواص مغناطيسي آلياژهاي NiCo به طور قابل توجهي بهبود يافت. تغيير نسبت مولي Ni:Co به 1:1 خواص ريزساختاري آلياژ NiCo را بهبود بخشيد، نه تنها هدايت الكتريكي را به S/cm 61/25 ± 42/571 افزايش داد، بلكه ميزان محافظت در برابر امواج الكترومغناطيس را به dB 7/52- افزايش داد. دوام فوق‌العاده بالاي ساختار NiCo-CFs با تغيير شكل خمشي و عمليات اولتراسونيك با انرژي بالا مورد مطالعه قرار گرفتند. در مرحله بعد، فرايند توليد NiCo-CFs با استفاده از روش رويه پاسخ (RSM) مدل سازي و بهينه سازي شدند. تأثير هم‌زمان چگالي جريان و زمان لايه نشاني آلياژ نيكل/كبالت در نسبت مولي 1:1، Ni2+ به Co2+ روي الياف كربن مورد بررسي قرار گرفت. روش RSM براي بررسي تأثيرات دو عامل مهم لايه نشاني بر روي ميزان افزايش وزن، هدايت الكتريكي و محافظت در برابر امواج استفاده گرديد. نتايج مدل‌هاي RSM نشان دادند هر دو عامل چگالي جريان و زمان لايه نشاني بر روي عملكرد NiCo-CFs بسيار تأثيرگذار است. تنظيمات چگالي جريان برابر با A/dm2 2/3 و زمان لايه نشاني s 180 منجر به دستيابي به ميزان محافظت بيشينه گرديد. مقادير افزايش وزن برابر با wt.% 11/0 ± 16/6، هدايت الكتريكي S/cm 55/39 ± 64/625 و محافظت در برابر امواج الكترومغناطيس برابر با dB 8/0 ± 8/63- در شرايط فوق به دست آمدند. نتايج به دست آمده نشان دادند كه روش RSM مي-تواند به عنوان ابزاري قدرتمند در توليد NiCo-CFs سبك، ابررسانا، دوام بالا و محافظ با كارائي بالا مورد استفاده قرار گيرد.
چكيده انگليسي :
In recent years, carbon fibers (CFs) coated with magnetic metal nanoparticles have attracted much consideration for enhanced electronic applications. Magnetic nickel/ cobalt (Ni/ Co) alloys were coated on the surface of CFs (NiCo-CFs) using the electroplating process. For the first time, different NiCo alloys were attained by adjusting the various Ni2+ to Co2+ mole ratios (1: 0.5, 1: 1, and 1: 2). The surface morphology, elemental analysis, color, microstructure, weight gain, electrical conductivity, and magnetic properties of the NiCo-CFs were investigated as a function of Ni2+ to Co2+ mole ratios. The surface morphology and elemental mapping demonstrated that NiCo alloy nanoparticles are uniformly coated on the CFs surfaces. With changing the Ni2+ to Co2+ molar ratio from 1: 0.5 to 1: 2, the average size of particles continuously increased from 83±14 nm to 194±42 nm. Moreover, with increasing nanoparticles size, the magnetic properties of NiCo alloys significantly improved. The change of the Ni: Co molar ratio to 1: 1 improved the microstructure properties of NiCo alloy, not only raising the electrical conductivity to 571.42±25.61 S/cm but also enhancing shielding effectiveness to -52.7 dB. The ultra-high durability of NiCo-CFs structure was confirmed by bending deformation and high-energy ultrasonic treatments. In the next step, the manufacturing of high-performance NiCo-CFs was modelled and optimized by the response surface methodology (RSM). The simultaneous effects of current density and deposition time of nickel/cobalt alloy in molar ratio of 1:1, Ni2+ to Co2+ on carbon fibers was investigated. RSM was applied to study the influence of two significant deposition parameters on the weight gain, electrical conductivity, and EMI shielding. The RSM analysis recognized that current density and deposition time were the most important parameters affecting the performance of NiCo-CFs. The settings that led to the production of maximum EMI shielding were a current density of 3.2 A/dm2 and deposition time of 180 s. The weight gain, electrical conductivity, and EMI shielding under the above conditions were obtained at 6.16 ± 0.11 wt.%, 625.64 ± 39.55 S/cm, and -63.8 ± 0.8 dB, respectively. These results specified that the RSM is a proper approach for the development of the lightweight, super-conductive, ultra-durable, and high performance shielding NiCo-CFs.
