Features of carbon nanotubes deposition on a polymer substrate by cold gas-dynamic spray technique

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorGondliakh, Oleksandr
dc.contributor.authorYankovskyi, Illia
dc.contributor.authorAntonyuk, Sergiy
dc.date.accessioned2026-04-02T11:16:42Z
dc.date.available2026-04-02T11:16:42Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractCold gas-dynamic spraying of carbon nanotubes onto polymer substrates is a promising technique for the formation of functional coatings. However, the process of particle deposition on polymer substrates remains insufficiently studied. In this study, a numerical model was developed to analyze the mechanisms of contact interaction between nanotubes and a polyetheretherketone substrate during deposition. The effect of particle velocity on plastic deformation, local heating, and the conditions for nanotube bonding to the polymer substrate has been investigated. The obtained results show the existence of a threshold velocity at which effective mechanical bonding occurs. The conditions for local temperature rise in the substrate, which may promote the formation of a stable nanocomposite coating, have also been analyzed. The proposed model enables the prediction of optimal deposition parameters to ensure high efficiency of nanotube deposition
dc.description.abstractotherХолодне газодинамічне напилення вуглецевих нанотрубок на полімерні матеріали у якості підкладки є перспективним методом формування функціональних покриттів, але процес осадження частинок на полімерних основах залишається недостатньо вивченим. У даній роботі розроблено чисельну модель для аналізу механізмів контактної взаємодії вуглецевих нанотрубок із поліефірефіркетоновою (ПЕЕК) підкладкою під час напилення при швидкостях 600 – 1000 м/с. Чисельне моделювання проведено в програмному забезпечені ABAQUS/Explicit з використанням методу скінченних елементів. Враховано модель пластичності Джонсона-Кука та модель руйнування Джонсона-Кука. Досліджено вплив швидкості на процеси пластичної деформації, локального нагрівання та умови закріплення нанотрубок на поверхніполімерної основи. При ударних швидкостях, менших за 600 м/с, ВНТ при зіткненні з підкладкою лише відскакує від поверхні полімеру, не спричиняючи суттєвих пластичних деформацій. Зі збільшенням швидкості удару зони пластичної деформації в підкладці розширюються як у площині контакту, так і в глибину. При зіткненні ВНТ з поверхнею ПЕЕК виникає інтенсивна локалізована пластична деформація, що супроводжується зосередженням напружень та активним тепловиділенням у результаті внутрішнього тертя та дисипації енергії. За рахунок збільшення швидкості удару глибина проникнення ВНТ у підкладку зростає: від 0,10 нм при 600 м/с до 0,19 нм при 1000 м/с. Температура в зоні контакту різко зростає до 397 К при 600 м/с і до 432 К при 1000 м/с, її величина пропорційна швидкості нанотрубки. Це пояснюється вищою інтенсивністю локалізованої пластичної деформації. Після піку температура стрімко зменшується внаслідок теплопровідності матеріалу підкладки та розподілу тепла вглиб масиву полімеру. Ефективна фіксація вуглецевої нанотрубки на поверхні полімерної підкладки з поліефірефіркетону досягається за умови ударної швидкості 1000 м/с. При швидкості 1000 м/с спостерігається максимальна глибина проникнення ВНТ до 0,19 нм, що забезпечує її часткове занурення в поверхневий шар полімеру. Удар супроводжується локальним підвищенням температури в зоні контакту до 432 К, що перевищує температуру склування ПЕЕК (400 К). За таких умовах полімер переходить у високоеластичний стан, що супроводжується значним зниженням механічної жорсткості та підвищенням податливості до пластичної деформації. Це дає змогу полімеру деформуватися навколо нанотрубки, частково її охоплюючи. Локальне термічне розширення матеріалу в зоні удару додатково посилює ефект механічного захоплення нанотрубки в полімерній пластині. Після завершення ударної взаємодії відбувається швидке охолодження системи до температури нижче точки склування, зумовлене теплопровідністю підкладки. В результаті ПЕЕК відновлює свої вихідні жорсткі властивості, фіксуючи ВНТ у застиглій структурі. Критична швидкість 1000 м/с забезпечує надійну фіксацію ВНТ у ПЕЕК завдяки локальним термо-структурним ефектам. Запропонована модель дозволяє прогнозувати оптимальні параметри процесу напилення для забезпечення високої ефективності напилення нанотрубок.
dc.format.pagerangeС. 9-21
dc.identifier.citationGondliakh, O. Features of carbon nanotubes deposition on a polymer substrate by cold gas-dynamic spray technique / Oleksandr Gondliakh, Illia Yankovskyi, Sergiy Antonyuk // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2025. – № 3(24). – С. 9-21. – Бібліогр.: назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2025.340369
dc.identifier.orcid0000-0003-2490-2829
dc.identifier.orcid0000-0001-8068-1683
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/79940
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження», № 3(24), 2025
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectcold gas-dynamic spraying
dc.subjectcarbon nanotubes
dc.subjectpolyetheretherketone
dc.subjectfinite elementmethod
dc.subjectхолодне газодинамічне напилення
dc.subjectвуглецеві нанотрубки
dc.subjectполіефірефіркетон
dc.subjectметод скінченних елементів
dc.subject.udc621.793.7:546.26-023.847:678.744.3
dc.titleFeatures of carbon nanotubes deposition on a polymer substrate by cold gas-dynamic spray technique
dc.title.alternativeОсобливості нанесення вуглецевих нанотрубок на полімерну основу методом холодного газодинамічного напилення
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
9-21.pdf
Розмір:
1.54 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 3 (24)