Elektrik kontak malzemeler için grafen oksit takviyeli kompozit malzemeler

Son yıllarda elektronik sistemler, enerji depolama teknolojileri ve ulaşım sektörlerinde yaşanan hızlı gelişmeler, çok işlevli, yüksek performanslı ve sürdürülebilir mühendislik malzemelerine olan ihtiyacı büyük ölçüde artırmıştır. Özellikle elektrik kontak malzemeleri, bir sistemin güvenilirliği, verimliliği ve uzun ömürlülüğü açısından kritik bileşenler arasında yer almaktadır. Bu tür malzemelerde hem yüksek elektriksel iletkenlik hem de yüksek mekanik dayanımın bir arada bulunması beklenmektedir. Gümüş ve altın, mükemmel iletkenlik özellikleri göstermelerine rağmen yüksek maliyetleri nedeniyle endüstriyel uygulamalarda sınırlı kullanılmaktadır. Buna karşın, bakır ekonomik oluşu, kolay işlenebilirliği ve yüksek iletkenliği sayesinde tercih edilen en yaygın metalik iletkenlerden biridir. Ancak saf bakır, düşük sertlik ve sınırlı korozyon direnci nedeniyle yüksek akım altında oksitlenme, aşınma ve yüzey deformasyonu gibi problemlere maruz kalmaktadır. Bu sorunlar, özellikle uzun süreli çalışma koşullarında sistem performansını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, söz konusu dezavantajların giderilmesi amacıyla grafen oksit (GO) takviyesi ile güçlendirilmiş bakır kompozit kaplamalar (Cu-GO) akımlı kaplama yöntemiyle üretilmiştir. GO, geniş yüzey alanı, yüksek mekanik dayanım, kimyasal kararlılık ve katı yağlayıcı özellikleri sayesinde metal matris kompozitlerde dikkat çekici bir takviye fazı olarak öne çıkmaktadır. Bu özellikleri sayesinde GO, bakır matris içerisinde homojen olarak dağılmış, böylece kaplamanın mikro yapısal bütünlüğünü güçlendirmiş ve yüzey özelliklerini iyileştirmiştir. Üretilen Cu-GO kaplamaların FESEM görüntüleri, GO ilavesiyle birlikte tane incelmesinin meydana geldiğini, yüzeyin daha yoğun ve düzgün bir morfoloji kazandığını göstermiştir. XRD analizleri, grafen oksidin kristal yapı içinde tane büyümesini engelleyici etki gösterdiğini, bu sayede kristalit boyutunun küçüldüğünü ve iç gerilmelerin azaldığını ortaya koymuştur. Williamson-Hall analizi sonucunda en düşük mikrogerinim değerinin 0,5 A akım yoğunluğunda üretilen CuGO2 numunesinde elde edildiği belirlenmiştir. Nanoindentasyon testleri, aynı numunenin 2,53 GPa sertlik ve 282 GPa elastik modül ile en iyi mekanik performansı gösterdiğini doğrulamıştır. EIS (Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi) test sonuçları, GO takviyesinin kaplama yapısında koruyucu bir bariyer tabakası oluşturarak elektrokimyasal reaksiyonları yavaşlattığını ve korozyon direncini artırdığını ortaya koymuştur. Ayrıca tribolojik testlerde, GO takviyesiyle birlikte sürtünme katsayısının (COF) 0,26'ya, aşınma hızının ise 2,82×10⁻⁵ mm³/N·m seviyesine kadar düştüğü tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, GO'nun tabakalı yapısı sayesinde yüzeyde katı yağlayıcı bir film oluşturduğunu ve temas yüzeyindeki sürtünmeyi azalttığını göstermektedir. Özet olarak, GO takviyeli Cu kompozit kaplamalar; yüksek iletkenlik, gelişmiş mekanik dayanım, düşük aşınma oranı ve üstün korozyon direnciyle, elektrik kontak malzemeleri için yüksek performanslı ve ekonomik bir alternatif sunmaktadır. Bu çalışma, mikroelektronik, otomotiv, savunma ve enerji sektörlerinde kullanılabilecek, çevresel açıdan sürdürülebilir yeni nesil Cu-GO kompozit kaplama teknolojilerine önemli bir katkı sağlamaktadır.